Naše civilizace je prorostlá betonem, ale není to zadarmo. Když se vyrábí portlandský cement, coby základní surovina pro výrobu betonu, je nutné zahřát přísady na velmi vysoké teploty. Tento na první pohled vcelku nevinný proces spotřebuje ohromující množství energie. Každoročně je zodpovědný za úctyhodných 5-8 procent veškerých lidských emisí oxidu uhličitého.
Vědci celého světa si lámou hlavy, co s tím. Zaručené recepty se objevují jako houby po dešti. Jedním z oblíbených postupů je nahrazení části cementu při výrobě betonové směsi popílkem. To je nechvalně známý produkt spalování uhlí, kterého ročně na Zemi vznikne asi 750 milionů tun. Popílek, jehož složení a vlastnosti do určité míry odpovídají cementu, je extrémně dostupný a směšně levný.
Má to ale háček. Popílek za normálních okolností obsahuje pestrou směsku těžkých kovů a dalších nebezpečných prvků, od chromu a kadmia až po arzén s thalliem, podle toho, co obsahovalo spalované uhlí. Když je takový popílek v betonu, mohou se z něj toxické prvky uvolňovat do okolí. Popílek lze čistit, ale stávající metody jsou nákladné a podstatně zatěžují životní prostředí.
Tým Jamese Toura z americké Rice University v Texasu použil při snaze vyřešit problém s popílkem svůj oblíbený trik, díky němuž se v posledních letech pravidelně objevují ve vědeckých headlinech. Bleskové ohřívání, které je založené na Jouleovu teplu.
Jejich postup začíná smícháním popílku s elektricky vodivými práškovitými sazemi. Směs pak umístěna mezi měděné či grafenové elektrody, které uštědřují popílku krátké elektrické rány. Procházející elektrický proud směs bleskurychle zahřeje na teplotu kolem 3 000 °C. Těžké kovy se při tom vypaří a jsou zachyceny ve vakuové komoře. Na tunu vyčištěného popílku se spotřebuje elektřina za 21 dolarů.
Badatelé uvádějí, že tímto postupem je možné z popílku velmi efektivně odstranit naprostou většinu toxických prvků. Během jediné sekundy odstraní 70 až 90 procent veškerého arzénu, kadmia, kobaltu nebo niklu. Třešničkou na dortu je, že takto bleskově vyčištěný popílek vylepšuje kvality betonu. Když při výrobě betonu nahradili „bleskovým“ popílkem 30 procent cementu, vznikl beton, který byl o 51 procent pevnější a o 28 procent pružnější než kontrolní vzorky, což znamená úspory a menší zátěž pro životní prostředí.
Video: Flash Joule heating by Rice lab recovers precious metals from electronic waste in seconds
Literatura
Podivuhodný beton antického Říma vylepšuje koroze slanou vodou
Autor: Stanislav Mihulka (09.07.2017)
Bleskový grafen: Jak vyrobit extrémně užitečný materiál z obyčejného odpadu?
Autor: Stanislav Mihulka (31.01.2020)
Beton s nanosazemi je elektricky vodivý a vyrábí teplo
Autor: Stanislav Mihulka (24.04.2021)
„Blesková“ recyklace účinně těží cenné kovy z elektronického odpadu
Autor: Stanislav Mihulka (07.10.2021)
Diskuze:
Karel Klement,2023-04-12 15:34:38
Je v USA uhlí méně radioaktivní než u nás? Ve zdrojovém článku jsou uvedeny jenom těžké kovy.
Agentura pro ochranu životního prostředí říká, že popílek je jen o něco více radioaktivní než okolní prostředí.
https://www.epa.gov/radtown/radioactive-wastes-coal-fired-power-plants#about-radiation-wastes-from-coal-fired-power-plants
V Číně naopak získavají z popílku uran.
https://www.scienceworld.cz/neziva-priroda/vyroben-prvni-uran-z-popilku-uhelne-elektrarny-823/
Pokud budou popílek žhavit, skončí URAN taky ve vakuové komoře?
Re:
Vojtěch Kocián,2023-04-12 17:56:31
Uran je těžký kov. V popílku se nejspíš vyskytuje ve formě oxidu, takže by ho zahřátí na vysokou teplotu za přítomnosti práškového uhlíku mělo zredukovat do čisté formy jako jiné kovy. Tedy pokud je tam oxid uranu rozptýlený a netvoří hrudky. Pak by se to muselo řešit jinak.
Kdyby se pak odstraněné těžké kovy daly separovat a využít, bylo by to ještě zajímavější.
Re: Re:
Florian Stanislav,2023-04-12 23:11:56
Teplota varu uranu 3 818 °C (4 091,15 K), takže uvedených 3 000 °C nemusí stačit na odpaření uranu z popílku.
Domy START postavené u nás ze škvárového cementu byly a jsou hodně nad normou radiakivity
https://www.estav.cz/cz/778.syndrom-nemocnych-budov-a-radioaktivita-starych-objektu
D@1imi1 Hrušk@, v diskuzi dole rozumně namítá, že emise při výrobě cenentu nejsou jen z energie, ale i zrozkladu vápecnce. Zjednodušeně vápenec + cemetový jíl (jílovec nebo lupek) v poměru 3:1 se pálí asi na 1450 °C.
Tuhnutí betonu ( cenentu) je i pod vodou a s CO2 to vcelku nesouvisí, jde o hydrataci na nerozpustné křemičitany (také hlinitany)
http://homel.vsb.cz/~khe0007/Predmety/Stavebni%20hmoty/Prednaska_c.6.pdf
je tam spoustu rovnic, odlučuje se Ca(OH)2, nikde se neváže CO2, snad na Ca(OH)2 lehce na povrchu.
Re: Re: Re:
Vojtěch Kocián,2023-04-13 13:46:06
Proto jsem psal o tom rozptýlení v popílku. Pokud tam nebudou makroskopické hrudky oxidů uranu, které by se po redukci proměnily na kapky kovového uranu, tak by samotná teplota varu nemusela být problémem. Velmi malé částice daleko od sebe půjdou "vyfouknout" i při nižší teplotě stejně jako ty opravdu vyvařené. Důležité je uvolnit je ze struktury, čemuž by rozbití té vazby s kyslíkem a tím nejspíš i vazeb na okolní materiál mělo pomoct.
Re: Re:
Florian Stanislav,2023-04-14 00:43:42
Píšete:"ve formě oxidu, takže by ho zahřátí na vysokou teplotu za přítomnosti práškového uhlíku mělo zredukovat do čisté formy jako jiné kovy."
Asi ne. Výroba uranu UF4 + 2Ca --› U + 2CaF2.
Reakcí uranu nebo oxidu uranu s uhlíkem vzniká karbid wolframu WC, velmi pevný a tepelně stálý.
Uran :"Za vyšších teplot je uran značně chemicky reaktivní prvek. Ochotně reaguje se sírou, halogeny, fosforem, dusíkem, vodíkem a uhlíkem. S fluorem se uran slučuje na fluorid uraničitý UF4 již za normální teploty za vzniku plamene, při mírném zahřátí na vzduchu hoří za silného vývoje jisker na oxid U3O8."
No tak to vidíte,
Miroslav Gretschelst,2023-04-12 13:57:40
já jsem se podle titulku bláhově domníval, že jde vylepšení a slevnění betonu, ale ono ve skutečnosti jde zase o "vylepšení klimatu Zeměkoule"
Tak koukám na mapy.cz,
Miroslav Gretschelst,2023-04-12 02:31:42
Prefa Křivenice nejspíš už neexistuje, to asi už vybrali veškerý popílek z úložišť za elektrárnou Mělník i bez čištění a vylisovali z něho žádané tvárnice na stavbu rodinných domků. Z čeho se tak bude brát popílek po uzavření všech uhelných elektráren? Vždyť i tu EMĚ chtějí zavřít. Na to budou zřejmě muset spalovat zelené větrníky a čínské solární panely!
Re: Tak koukám na mapy.cz,
Petr Jeřábek,2023-04-12 11:04:43
Ono muže fungovat i bez elektráren. Při výrobě cementu je potřeba teplo, tedy třeba z uhlí. Popílek by cementárny přimýchávali i teď, ale pravě toxicita je problém. Pokud z tohoto výzkumu vzejde i průmyslová technologie, řek bych, že cementány nebudou mít těžké rozmýšlení jestli ji použít - místo vytváření nepoužitelného odpadu, zvýší produkci a odpadu bude méně (uhlíkovou stopu to nezmění, bez betonu se neobejdeme, cement se bez tepla vyobit nedá a snížení uhlikové stopy je tady obtížné).
Re: Re: Tak koukám na mapy.cz,
D@1imi1 Hrušk@,2023-04-12 12:20:38
To snížení uhlíkové stopy se z velké části týká CO2, který se neuvolní z CaCO3, když část objemu nahradí popílek.
Re: Re: Re: Tak koukám na mapy.cz,
Milan Štětina,2023-04-12 13:41:36
Já žiju v domění, že CO2, který se uvolní při vypálení CaCO3 na CaO, se zase spotřebuje, když malta/beton zatvrdne (malta uřitě zatvrdne na CaCO3, u betonu je to složitější, ale itam je základ CaOH, který zatvrdne na CaCO3).
Ušetčí se CO2, který vznikne spálením methanu, protože na rozklad CaCO3 na CaO + CO2 musí dodat vazebná energie (reakce je endotermická a tedy spotřebovává teplo). Jenže kdyby se ten methan nespálil, tak je asi 20x skleníkovější, ale zase se samovolně rozkládá na H2O a CO2. Metan v podstatě shoří, jen se to teplo nevzužije uřitečně, ale k ohřevu atmosféry. Ikdyž zase teplo spotřebované na výrobu cementu potom také neužitečně ohřeje atmosféru, když se malta/beton tvrdne. Sakra do těch zelených technologí se člověk hned zamotá.
Prostě CO2 je škodlivý, metan a další fosilní paliva taky - vůbec se o tom nepokušejte pochybovat nebu budete eliminován! Howk. Amen. Domluvil jsem!
Re: Re: Re: Re: Tak koukám na mapy.cz,
D@1imi1 Hrušk@,2023-04-12 14:13:05
Ano, poněkud složitě napsáno :-)
Když beton zatvrdne, CO2 se nespotřebuje. Rozhodně ne v nějakém rozumném čase desítek až stovek let. Beton je téměř neporézní a CO2 není v atomosféře ani jedno promile, takže prosycení hlouběji než v nějaké povrchové vrstvičce je nereálné. Navíc v betonu vznikají jiné koncové vápenaté sloučeniny (hydrosilikáty, hydroalumináty...) a nejsem si jistý, jak ochotně by dále reagovaly s CO2.
U vápenné malty je to jiné. Ta je relativně porézní, navíc je v ní hlavní sloučeninou Ca(OH)2, který s CO2 reaguje ochotně. Ale ani ve zdivu z vápenné malty nejde o kdovíjak rychlý proces. Milimetry tenká vrstva omítky může být prokarbonizovaná za několik měsíců, naopak několik metrů silné zdivo středověkých hradů nemusí být v jádru prokarbonizované ani dosud. Dále potom některé nátěrové hmoty vytvářejí bariéru pro difúzi CO2.
Re: Re: Re: Re: Re: Tak koukám na mapy.cz,
Milan Štětina,2023-04-12 16:40:35
U6 je to trochu off-topic, ale ještě si dovolím jednu reakci.
S betonem souhlas - tam vznikají silikáty a hlinitokřemičitany a tam nevím. Zmátlo mě, že výroba cementu začíná pálením vápna a pak se to jen trochu ušpiní nějakým jiným blátem (což je samozřejmě klíčové).
Pokud tedy Ca(OH)2 (rozpustný ve vodě) v maltě nezreaguje na nerozpustný CaCO3 (který by se vysrážel a snad i vykristalizoval a měl pevnost původního vápence), tak to by znamenalo, že malta drží jen tím, že vyschnutím se přitáhnou k sobě jednotlivá zrna silou povrchového napětí vody. Asi jako když vyschne bláto. A protože uvnitř tlusté zdi to možná ani nevyschne, tak to tam drží jen na to povrchové napětí vody. To by celý přínos vápna byl jen v tom, že je jemněji namleté než písek a jsou tam tedy větší styčná plocha a větší povrchové napětí vody. To by pak úplně stačilo ten vápenec jemně namlít. Nebo, že by se to pálení dělalo kvůli tomu, že je to nejsnazší způsob namletí na jemno? Zajímavé!
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tak koukám na mapy.cz,
D@1imi1 Hrušk@,2023-04-12 17:04:32
Ona se dnes hlavně čistě vápenná malta skoro nepoužívá. Většinou je to vápenocementová malta. Takže tvrdne už reakcí s vodou. Čisté vápno se jako pojivo používá ve štukové omítce, ta má ale většinou tloušťku několik mm, navíc správně by se měl štuk před nátěrem nechat několik týdnů vyzrát (aby proběhla karbonizace).
Jinak Ca(OH)2 je mírně rozpustný ve vodě,takže při odpaření vody dojde k vysrážení toho rozpuštěného množství a jemné krystaly Ca(OH)2 to k sobě částečně slepí.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Tak koukám na mapy.cz,
Jirka Naxera,2023-04-12 20:31:13
Jenze kdyz natahnete stuk, tak mate pravdu trochu drzi, ale vodou ho zase rozpustite - coz ostatne jak sam pisete se u vyzrale omitky nedeje, ale po tydnu to uplne v klidu jeste hladitkem roztocite.
A ten cement do stuku mate pravdu, dost to pomaha (po tydnu uz to drzi), navic pak neni problem s dalsi odolnosti proti vode, cim ciste vapena malta trpi (nevim mechanismus - slaba rozpustnost na CaCO3 -> Ca(HCO3)2 ? ) A i od toho davaj zednici ruce pryc, u nas je hitem Multibat.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
