Beton jest drugą najpowszechniej używaną substancją na świecie (zaraz po wodzie) [1]. Nie ma w tym oczywiście nic dziwnego, skoro ludzi na świecie jest coraz więcej i coraz większe są miasta, które muszą ich pomieścić. Koszty ekologiczne intensyfikacji działań przemysłu cementowego są ogromne, a niestety często ignorowane – lub po prostu giną w powodzi innych problemów, z którymi mierzymy się w nowoczesnym świecie. Jak podaje The Guardian [1], “gdyby przemysł cementowy był krajem, byłby trzecim co do wielkości emitentem dwutlenku węgla na świecie z emisją do 2,8 mld ton rocznie, ustępując miejsca jedynie Chinom i USA”. Spośród materiałów, więcej gazów cieplarnianych emitują tylko paliwa kopalne.
Nie ulega wątpliwości, że to właśnie betonowi zawdzięczamy komfort, jakim jest dach nad głową, wygodny chodnik czy wytrzymałe mosty. Jego produkcja wymaga jednak eksploatacji skończonych zasobów, ingerencji w naturalne ekosystemy i przymknięcia oka na emisje, które zatruwają rzeki, powietrze i rozregulowują klimat. Czy możemy coś z tym zrobić? Nie możemy przecież odmówić innym komfortu, którym sami się cieszymy – ciężko jednak dłużej godzić się na postępującą destrukcję i sukcesywne zabetonowywanie planety.
Ale od początku. Na czym polega nasz problem z betonem – i…
Co to w ogóle jest beton?
Beton, czyli najważniejszy materiał budowlany jakim się dzisiaj posługujemy, jest kompozytem składającym się z kilku prostych składników. Jest wytwarzany z piasku, kruszywa (zwykle żwiru lub kamieni) i wody zmieszanych ze spoiwem na bazie wapna (cementem). Materiał ten – w jego uproszczonej wersji – był wykorzystywany już w czasach, które dzisiaj określamy jako te “przed naszą erą”.
Beton jest zatem całkiem prosty w produkcji, tani, a do tego bardzo wytrzymały. Prawdopodobnie dlatego zyskał swoją sławę – w okresie po drugiej wojnie światowej, dzięki niemu możliwa była szybka i przystępna ekonomicznie odbudowa zrujnowanych bombardowaniami miast. Dzisiaj trend wykorzystania betonu w budownictwie jest kontynuowany z niemniejszym natężeniem – to dzięki niemu nadążamy z zaspokajaniem potrzeb rosnącej populacji ludzkiej (cóż, przynajmniej tam, gdzie są na to pieniądze).
W czym zatem problem? Same zalety, a piasku nam przecież na świecie nie brakuje. Czy może jednak brakuje?
Cena wydobycia komponentów betonu
Za każdy popularny i tani produkt, na którymś etapie jego cyklu życiowego (czasami więcej niż jednym) komuś – lub czemuś – przyjdzie za niego zapłacić. W przypadku intensywnie eksploatowanych materiałów składających się na beton, płaci bioróżnorodnością dzika natura i zdrowiem ludzie, którzy mieli nieszczęście żyć w pobliżu ich wydobycia. W tym przypadku największym problemem jest pozyskanie piasku i głównego składnika cementu – wapna.
Piasek
Wydawać by się mogło, że piasek to nic wyjątkowego, a z pewnością nie deficytowego. W końcu na wszelkiej maści pustyniach jest go wystarczająco dużo. Nic bardziej mylnego – piasek na cele budowlane wydobywa się bowiem najczęściej z dna zbiorników i cieków wodnych. Taka praktyka pozbawia zwierzęta ich siedlisk i narusza naturalne procesy oczyszczania się i przepływu wód, co z kolei powoduje pogorszenie jej jakości i dalszą degradację środowiska (oraz zdrowia ludzi korzystających z takiej wody).
W Chinach, dla przykładu, zapotrzebowanie na beton jest tak duże, że piasek w tonach pozyskiwany jest z niezwykle cennych przyrodniczo obszarów (np. jeziora Poyang). Tereny te są nierzadko siedliskami chronionych gatunków zwierząt i miejscem zamieszkania społeczności, których byt jest uwarunkowany wrażliwymi, lokalnymi zależnościami ekologicznymi [2]. Biorąc pod uwagę fakt, że Chiny w ciągu 3 lat wylały więcej betonu niż Stany Zjednoczone w całym ubiegłym wieku [3] (a w ślad za nimi z pewnością pójdzie wiele krajów rozwijających się), wydobycie piasku przestaje być drobnym, lokalnym problemem, a coraz częściej przybiera formę kryzysu ekologicznego.
Tym bardziej, że wydobycie piasku odbywa się na coraz większą skalę także w środowisku morskim (często nielegalnie). W tym przypadku, największym zagrożeniem dla ekosystemu, w którym pracują łodzie pozyskujące piasek, jest zanieczyszczenie hałasem i naruszenie dna. Jak wskazują badania [4], hałas emitowany przez maszyny w środowisku wodnym zaburza komunikację, zachowania rozrodcze, a nawet pobieranie pożywienia przez różne gatunki ssaków morskich (lub po prostu wypędza je z ich siedliska). Z kolei rozkopane dno może pozostawać jałowe, pozbawione organizmów bentosowych, przez nawet 4 lata po zakończeniu prac [5].
Wapień
Nie mniejsze zagrożenia środowiskowe stwarza wydobycie wapienia, z którego pozyskuje się wapno niezbędne do produkcji cementu – a więc i betonu. Tutaj także cierpią zarówno ludzie, jak i inne zwierzęta wraz z całymi ekosystemami.
Najbardziej rzucającym się w oczy skutkiem wydobycia wapienia jest przekształcenie terenu – w miejscu występowania odpowiednich skał drąży się, kolokwialnie mówiąc, ogromną i sukcesywnie pogłębianą dziurę. To jednak jeszcze nic. Do fragmentacji skał w takich kamieniołomach używa się materiałów wybuchowych, co skutkuje m.in. bardzo dużym hałasem, skażeniem gleby, wód i emisją pyłów [6]. W niektórych krajach rozwijających się, pracownicy przebywający w tak niebezpiecznych warunkach nie mają zapewnionego dostępu do podstawowych materiałów ochronnych jak np. kaski czy maski [7]. W skutek intensywnej działalności kopalni wapienia (i ciężkich maszyn pracujących na ich terenie) zanieczyszczone zostaje powietrze, co dotkliwie odczuwają ludzie żyjący w ich pobliżu. Cząstki zawieszone pochodzące z kamieniołomów, w promieniu kilku kilometrów powodować mogą u ludzi bóle i stany zapalne oczu oraz problemy z układem oddechowym [7].
W niektórych obszarach geograficznych, intensywne użycie środków wybuchowych może powodować dogłębne naruszanie warstw skalnych. Ich pękanie może potencjalnie wpływać na dostępność wody powierzchniowej i gruntowej [8]. Jest to szczególnie duży problem w przypadku miejsc, które już zmagają się niską dostępnością wody, na przykład niektórych obszarów Indii.
Produkcja betonu, a bezpieczeństwo wodne
Samo wydobycie wapienia, jak i produkcja cementu, są też bezpośrednim źródłem zanieczyszczeń wody. Badanie przeprowadzone w jednym z krajów intensywnie rozwijających się wskazują, że największym problemem są zrzuty ścieków z cementowni do lokalnych zbiorników wodnych [8], co powoduje utratę bioróżnorodności i negatywnie wpływa na zdrowie ludzi.
Ponadto, produkcja betonu – jako produktu końcowego – zużywa duże ilości wody. Według autorów artykułu opublikowanego w Nature Sustainability [9], w 2012 roku wytwarzanie tego materiału pochłonęło aż 9% wody wykorzystywanej przemysłowo w skali świata (ok. 2% wody zużywanej przez ludzi w ogóle). Taka liczba nie bierze się z wyjątkowo dużego zapotrzebowania na wodę podczas produkcji betonu per se, a raczej ze skali, na jaką się ona odbywa. Co więcej, autorzy badania przewidują, że w ciągu najbliższych 30 lat największe zapotrzebowanie na beton – a więc także na wodę – będzie w regionach, które już dzisiaj narażone są na stres wodny.
Takiej sytuacji nie sprzyja fakt, że większość rozwiązań, które mogłyby ograniczyć wykorzystanie wody w tym sektorze, kłóci się z potrzebą ograniczania jego emisji gazów cieplarnianych.
Beton, a emisje gazów cieplarnianych
Według danych Eurostatu, przemysł cementowy w Unii Europejskiej w 2009 roku był odpowiedzialny za niemal 40% jej przemysłowych emisji CO2 [10]. Patrząc w nieco szerszej perspektywie, w skali świata, produkcja cementu jest odpowiedzialna za ok. 8% całościowych emisji tego gazu [11].
Okazuje się bowiem, że największym emitentem dwutlenku węgla w przypadku betonu jest samo jego spoiwo, czyli cement. Mielenie i spiekanie surowców mineralnych (np. wspomnianego wcześniej wapienia) na klinkier, z którego powstaje cement, wymaga bardzo dużych nakładów energii pochodzącej w zdecydowanej większości z paliw kopalnych. To właśnie ten proces stanowi najbardziej emisyjny etap produkcji betonu [11].
Aby sprostać postanowieniom porozumienia paryskiego w sprawie zmian klimatu, emisje z produkcji betonu muszą spaść do 2030 roku o ok. 16%. Jak to zrobić?
Jak zmniejszyć ślad ekologiczny betonu?
Oprócz dość oczywistych rozwiązań, jak urządzenia wychwytujące CO2 czy zamiana paliw kopalnych na alternatywne źródła energii, naukowcy proponują zaadresowanie problemu u jego źródła, czyli w procesie produkcji cementu [11]. Tak zwane “novel cements”, czyli nowatorskie, mniej szkodliwe dla środowiska cementy są uważane za zasadniczo najważniejszy, chociaż nie najłatwiejszy w implementacji, krok ku zrównoważeniu produkcji betonu. Niestety każdy z nich ma swoje wady i w mniejszym lub większym stopniu opiera się na eksploatacji naturalnych zasobów.
Ciekawym przykładem takiego nowatorskiego cementu jest biocement opatentowany przez firmę bioMASON. Zamiast energochłonnego spalania materiału na cement, pomysłodawcy postanowili stworzyć go w temperaturze pokojowej przy pomocy biologii – a konkretnie bakterii. Drobnoustroje zmieszane z agregatem i “karmione” w systemie hydroponicznym formują cement nadając mu odpowiednią wytrzymałość – bez wysokiej temperatury i kosztów środowiskowych związanych z jej osiągnięciem. Firma postanowiła wykorzystać swoją technologię także do zaadresowania problemu pyłu wytwarzanego w kamieniołomach.
Emisje to jedno, a co ze szkodami, jakie w środowisku powoduje wydobycie wapienia i piasku?
Beton z recyklingu i recykling w betonie
Niektórzy za najbardziej obiecującą strategię ograniczania emisji CO2 w cementowniach i szkodliwości wydobycia surowców uważają ponowne wykorzystanie przemysłowych produktów ubocznych [10]. Recyklingowany może być sam beton pochodzący ze zburzonych konstrukcji – rozdrobniony i wmieszany w nowy beton jako kruszywo [11].
Zrecyklingowane w betonie mogą zostać także inne odpady. W środowiskach akademickich dużym zainteresowaniem cieszy się ostatnio beton z plastikiem zamiast piasku. Tworzywa sztuczne można implementować także w miejsce grubego kruszywa lub wykorzystywać je do wzmacniania materiału [12]. Oczywiście taki beton ma swoje zalety i wady, jednak wizja recyklingu odpadów trudnych w utylizacji i szkodliwych dla środowiska wydaje się wyjątkowo kusząca.
O odejściu od użycia betonu nie ma dzisiaj mowy, szczególnie, jeśli bierzemy pod uwagę dobrostan ludzi mieszkających w krajach intensywnie rozwijających się. Najlepszym – chociaż oczywiście nie idealnym – rozwiązaniem jest szukanie jak najmniej szkodliwych zastępników dla energochłonnych procesów i skończonych zasobów. Najlepiej z recyklingu. Niestety nowe rozwiązania w tej branży często spotykają się z oporem (także logistycznym). Miejmy nadzieję, że wzrastająca świadomość ekologiczna nieco tę sytuację zmieni.
Źródła:
[1] Watts J., 2019: Concrete: the most destructive material on Earth. The Guardian (dostęp 01.09.2020).
[2] Beiser V., 2017: Sand mining: the global environmental crisis you’ve probably never heard of. The Guardian (dostęp 02.09.2020).
[3] Gates B., 2014: A Stunning Statistic About China and Concrete. Gates Notes (dostęp 02.09.2020).
[4] Todd V., Todd I., Gardiner J., Morrin E., MacPherson N., DiMarzio N., Thomsen F., 2015: A review of impacts of marine dredging activities on marine mammals. ICES Journal of Marine Science, 72, 2, 328–340.
[5] Boyd S. E., Limpenny D. S., Rees H. L., Cooper K. M., 2005: The effects of marine sand and gravel extraction on the macrobenthos at a commercial dredging site (results 6 years post-dredging). ICES Journal of Marine Science, 62, 2, 145–162.
[6] Kittipongvises S., 2017: Assessment of Environmental Impacts of Limestone Quarrying Operations in Thailand. Environmental and Climate Technologies. 20.
[7] Ezichi K., 2018: Environmental impact of stone quarrying activities in Ebonyi State, Nigeria. Journal of Advanced Studies in Agricultural, Biological and Environmental Sciences, 5, 2.
[8] Eugene L. R., 2014: Degradation in Water Quality due to Limestone Mining in East Jaintia Hills, Meghalaya, India. International Research Journal of Environment Sciences, 3, 5, 13-20.
[9] Miller S., Horvath A., Monteiro P., 2018: Impacts of booming concrete production on water resources worldwide. Nature Sustainability, 1, 69-76.
[10] Blankendaal T., Schuur P., Voordijk H., 2014: Reducing the environmental impact of concrete and asphalt: a scenario approach. Journal of Cleaner Production, 66, 27–36.
[11] Lehne J., Preston F., 2018: Making Concrete Change: Innovation in Low-carbon Cement and Concrete. Chatham House Report.
[12] Gu L., Ozbakkaloglu T., 2016: Use of recycled plastics in concrete: A critical review. Waste Management, 51, 19-42.
Jeśli podoba Ci się treść na blogu, możesz podziękować za moją pracę stawiając mi wirtualną kawę:
