English version
Značka VPMI holding zastřešuje dvě firmy a dvě oblasti výzkumu: Prago‑Anorg zkoumá anorganické materiály k radiační ochraně a záchytu jaderného záření, Betonext hledá nové materiály a pojiva pro stavebnictví. Právě toto téma je dnes extrémně aktuální. A Betonext přichází se zcela novými možnostmi – jednou z nich je beton, který lze vyrobit bez cementu a základní surovinou je odpad.
J e to světově unikátní koncept. „Na mnoha výzkumných pracovištích v oblasti stavebních hmot jsou rozvíjeny výzkumné a vývojové práce k využití pucolánových materiálů a geopolymerů jako pojiv ve stavebnictví. Existuje poměrně široké spektrum postupů i různých druhů surovin. Poměrně dobře se daří nahrazovat u betonových pojiv cementovou složku, většinou však nedochází k výraznému snížení uhlíkové stopy,“ vysvětluje Karel Eminger.
„Nám se podařilo unikátními technologiemi s využitím odpadních surovin dosáhnout až stoprocentní snížení uhlíkové stopy pro některé maltové stavební materiály, typicky malty a betony. Laicky řečeno, umíme je vyrobit bez cementu, přičemž základní mechanické charakteristiky stávajících materiálů dokážeme u nových materiálů nejen udržet, ale i vylepšit,“ dodává Karel Eminger.
Betonext je firma velmi mladá, vždyť vznikla v roce 2020. Stojí ale na seniorních zkušenostech výzkumníků, kteří nehodlali důchod trávit v bačkorách. V novém týmu mladších kolegů, ve spolupráci s Ústavem anorganické chemie AV ČR a na základě jeho výsledků se podařilo rozjet vývoj alternativních ekologických stavebních materiálů založených na neportlandských pojivech, tedy bez portlandského cementu. „Právě to jsou cesty, které by v blízké budoucnosti mohly významně přispět k naplnění našich závazků týkajících se snížení emisí skleníkových plynů a dekarbonizace atmosféry. A věřím, že nejen našich,“ doufá Karel Eminger.
Dva směry vývoje
Základní cesty výzkumu a vývoje, které VPMI zkoumá, jsou dvě. Tou první jsou pucolánové materiály, pro něž se využívá přírodních nebo průmyslových odpadních látek nebo směsi těchto skupin látek, které s vodou samy netvrdnou. Jemně semlety, v přítomnosti vody a za normální teploty, mohou být díky pucolánové reakci základem nových materiálů, které jsou obdobou produktů, vznikajících při hydrataci portlandského cementu a jsou stálé ve vodě.
A pak jsou tu moderní polymery, konkrétně geopolymery. Materiály, které se připravují z hlinito-křemičitých materiálů jejich geopolymerací v zásaditém prostředí za normální teploty a tlaku. Taková příprava je vysoce ekologická, protože odpadá výpal cementového slínku a s tím spojená produkce CO2. Dosavadní propočty potvrzují v porovnání s výrobou klasické směsi s portlandským cementem omezení průmyslové produkce CO2 v rozsahu 60 % až 100 %.
V obou případech jsou charakteristiky nových materiálů velmi dobré. Jde o materiály bezpečné, zdravotně nezávadné, pevné a odolné proti povětrnostním vlivům, při použití žáruvzdorných plniv jsou použitelné i pro aplikace s vysokými teplotními nároky. A pucolánové materiály dokonce redukují běžné výkvěty zcela, geopolymery je značně omezují. A to nejlepší nakonec – cenově jsou materiály z obou skupin schopny konkurovat i některým běžným pojivům na bázi portlandských cementů.
Jak vzniká nápad
Zajímavé je, že původním cílem výzkumu nebyly zelené stavební materiály, ale materiály stínící nebezpečné ionizující záření. Na jejich výzkumu se Karel Eminger s týmem v úzké součinnosti s Ústavem anorganické chemie AV ČR, Centrem výzkumu Řež a Katedrou jaderných reaktorů ČVUT podíleli v letech 2015 až 2019. A z tohoto výzkumu a vývoje došlo k přenesení myšlenkového schématu do oblasti stavebních hmot s cílem nahradit klasická pojiva v maltovinách bez tepelných úprav, využít odpadních surovin a snížit uhlíkovou stopu stavebního pojiva na minimum.
Od roku 2020 tak běží projekt zelených pojiv. Byly prováděny rozbory vybraných matric známých hydraulických pojiv a jejich aktivátorů. Sestaveny byly nové aktivátory a vypracovány reglementy přípravy nových pojiv na bázi dostupných anorganických matric pucolánového charakteru. Většina reglementů používá pouze odpadní suroviny. V některých případech byly pro zvýšení pevnosti v tlaku použity komerční produkty v nízkém procentním obsahu. Používané odpadní suroviny jsou ze sféry těžebního, chemického a hutního průmyslu, teplárenství a energetiky, typicky strusky a popílky. Jejich zdroje jsou značné a dostupné v celé Evropě.
Jak vznikají nové materiály
Jde o dlouhodobý a složitý proces, který lze demonstrovat na produktu firmy Prago‑Anorg. Principy výzkumu a vývoje nového materiálu a jeho zavedení do výroby jsou ale obdobné i pro materiály firmy Betonext.
Anorgan je nový anorganický materiál v různých modifikacích, s moderátory a absorbátory neutronů i záchytem sekundárního gama záření. Materiální základ absorbátorů tvoří geopolymerní matrice (kaolin, mletý křemen, pálený lupek a hydroxid hlinitý) a kyselina fosforečná. Jako blokační materiál je použita kyselina boritá a oxid boritý. Je to pevný, porézní, nehořlavý a ve vodě nerozpustný materiál, s měrnou hustotou cca 1,2 g/cm3, teplotně stabilní do 1000 °C, v prostředí ionizujícího záření nedegradující.
Jeho polovrstva pro stínění pronikavé radiace ve spektru tepelného záření je cca 6 mm a při střední hodnotě bóru vykazuje 50 % vyšší účinnosti stínění pronikavé radiace než u současných materiálů (Atabor nebo Neutronstop). Významných výsledků celkového stínění je dosahováno u energií pronikavého záření nad 10 MeV.
Tvar konečného výrobku závisí od uvažovaného konstrukčního použití, může mít tvar desky, cihly, tvárnice, možné jsou i výrobky s oblými tvary.
Materiál Anorgan je pro své vlastnosti předurčen prvoplánově do stacionárních i mobilních konstrukcí, kde je zapotřebí stínit ionizující záření. Jedná se zejména o stínění některých staveb v oboru jaderné energetiky, a to k permanentní ochraně živé síly a při jaderných haváriích. Využití je účelné při ochraně pracovníků s radionuklidy. Vhodné je využití pro ochranu před radioaktivním spadem. Značné využití lze očekávat ve zdravotnictví, a to k ochraně personálu pracujícího s radioaktivním materiálem.
Významnou možností je uplatnění v mobilních úložištích radioaktivních odpadů nízké intenzity, například na platformě kontejnerů pro zdravotnická a další zařízení.
Materiály Anorgan byly zatím připraveny laboratorně ve formě vzorků a byly podrobeny zkouškám ke zjištění jejich stínicích vlastností. Nyní by měla pokračovat takzvaná čtvrtvýroba, kde by se měla ověřit technologie přípravy materiálu pro výrobní podmínky ve výrobním provozu a posléze provést potřebné zkoušky pro výrobní realizaci. Velikost provozu výroby obou materiálů bude záviset od objemu zakázek. Co se týče povolení obchodování s materiály, bude opět záviset od jejich užití.
Pro nápad se hledá výroba
Zrodil se nápad, výzkum přinesl výsledek. Karel Eminger přesto zůstává nohama na zemi: „Objevit cestu je jen prvním krokem, teď je před námi ochrana našeho know‑how a výsledků výzkumu a vývoje. A především uvedení výrobků na trh. Což vyžaduje další poměrně široký rozsah prací a s tím spojené náklady. Při veškeré snaze na to sami stačit nebudeme. A myslím si, že by celému projektu už slušela spolupráce s firmou z oblasti produkce stavebních hmot, se silným výrobním zázemím, možná i s někým, kdo se orientuje na využití odpadních surovin, nebo s vizionáři, kteří podporují ochranu životního prostředí a nové technologie.“
Je to nabídka, která pro některé firmy může být unikátní příležitostí – zelené stavebnictví a environmentální akcent průmyslové výroby je globální téma. A může to být příležitostí tím spíše, že VPMI s výzkumem určitě nekončí. „Naopak, partnerství bychom chtěli využít i k tomu, abychom se dále mohli orientovat na výzkum, máme před sebou další směry vývoje geopolymerních materiálů novými kombinacemi aktivátorů a matric,“ říká Karel Eminger.
„Dnes akceptujeme asi sedm druhů surovin jako aktivátorů a dvě základní kategorie odpadních surovin jako matrice pro vývoj nových pojiv, máme zcela nový vlastní aktivátor a rozpracováváme další výjimečný materiál s širším využitím, řešíme také recyklaci tvarových materiálů i různých druhů betonových konstrukcí. To všechno jsou témata, která před současným stavebnictvím stojí. A není to žádná science‑fiction, žádné hrátky vědců v laboratořích, vše již ověřujeme ve třech reálných projektech,“ uzavírá Karel Eminger.
Převzato z časopisu Komora. Autor článku: Petr Simon
