Rozwiązanie polega na wykorzystaniu popiołu pochodzącego ze spalania osadów ściekowych (Incinerated Sewage Sludge Ash - ISSA), który jest sklasyfikowany jako odpad inny niż niebezpieczny. ISSA powstaje w wyniku spalania odsączonych osadów ściekowych w wysokich temperaturach (ok. 900 stopni Celsjusza) w specjalnych piecach fluidalnych.

Jak wyjaśniono w komunikacie uczelni, materiał charakteryzuje się stabilnym i powtarzalnym składem mineralnym o stałych właściwościach, dzięki czemu może być bezpiecznie stosowany jako dodatek do materiałów budowlanych na bazie cementu. ISSA ma charakterystyczny, bogaty skład mineralny. Zawiera m.in. fazy węglanowe, krzemianowe i fosforanowe bogate w wapń, które mogą sprzyjać procesowi naturalnej karbonatyzacji – czyli uwęglanowieniu, twardnieniu wapna - reakcji chemicznej między kwasem węglowym a minerałami. Reakcja karbonatyzacji jest nieodzowna w utwardzaniu materiałów budowlanych zawierających wapno i cement, oraz dla osiągnięcia końcowej wytrzymałości.

„ISSA oferuje nowe możliwości w zakresie zwiększania intensywności naturalnej karbonatyzacji w materiałach na bazie cementu. W odpowiednio dobranych proporcjach wspiera on proces wiązania dwutlenku węgla z powietrza” – podkreśliła dr hab. Monika Kasina, prof. UJ z Wydziału Geografii i Geologii, cytowana na stronach uczelni. Dodała, że „to rozwiązanie w oczywisty sposób wpisuje się w ideę zielonej gospodarki i jednocześnie społeczną odpowiedzialność biznesu, ponieważ umożliwia racjonalne wykorzystanie odpadu przemysłowego w sposób korzystny zarówno dla środowiska, jak i dla przemysłu”.

W przeprowadzonych badaniach wykazano, że materiały na bazie cementu z dodatkiem popiołu ISSA wykazują zwiększoną zdolność do wiązania dwutlenku węgla w porównaniu z materiałami bez tego dodatku w postaci dobrze wykrystalizowanych węglanów wapnia (CaCO₃). Jak wyjaśniono, węglany te wypełniają mikrostrukturę cementu, zmniejszając jego porowatość i przepuszczalność.

„Z obliczeń wynika, że zawartość związanego CO₂ była średnio o około 24 kilogramy większa na każdą tonę materiału niż w próbkach referencyjnych bez dodatku popiołu. Jednocześnie analiza wykazała wzrost zawartości CaCO3 w warunkach laboratoryjnych o ok. 13-16 proc. objętościowych po karbonatyzacji” – podano w komunikacie uczelni. Zaznaczono przy tym, że na to, w jakim tempie to przebiega, mają wpływ różne czynniki zewnętrzne.

„Skuteczność karbonatyzacji zależy od czynników środowiskowych, przede wszystkim od dostępu powietrza, temperatury i wahań wilgotności. Najlepsze efekty obserwuje się w warunkach umiarkowanego, ciepłego klimatu, gdzie cykliczne zmiany wilgotności sprzyjają powstawaniu dobrze wykrystalizowanych, stabilnych węglanów wapnia” - podkreśliła profesor Kasina.

Z tego względu materiały na bazie cementu z dodatkiem ISSA najlepiej sprawdzą się w elementach mających kontakt z atmosferą, takich jak tynki, posadzki, schody czy elementy dekoracyjne. Ze względu na przyspieszoną karbonatyzację nie są one jednak przeznaczone do konstrukcji zbrojonych, gdzie zwiększona zawartość CO₂ mogłaby sprzyjać korozji stali.Jak dodaje naukowczyni, materiał na bazie cementu z dodatkiem ISSA zachowuje swoje właściwości użytkowe i parametry jakościowe, co potwierdzono już w przeprowadzonych na UJ badaniach.

Od roku naukowcy z UJ współpracują z partnerem z rynku, który wytwarza i dostarcza beton.

„Wspólnie przeprowadziliśmy badania eksperymentalne i testy na zaprawach zawierających różne udziały dodatku ISSA, kontrolując wytrzymałość na ściskanie oraz inne parametry technologiczne. Po sześciu miesiącach prób wyniki pokazują, że wymagane parametry technologiczne są zachowane” - powiedział Adam Wierzbicki z UJ, współtwórca nowej metody wzbogacania cementu.

W ocenie naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowane rozwiązanie ma potencjał do zastosowania w skali przemysłowej. Kluczowa dla wdrożenia technologii jest korzyść ekonomiczna - dodanie popiołu do mieszanek na bazie cementu powoduje, że do produkcji wyrobów trzeba zużyć proporcjonalnie mniej czystego cementu. Metoda została już zgłoszona do ochrony patentowej. Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ, które odpowiada za komercjalizację tej technologii, poszukuje partnerów z branży budowlanej, zainteresowanych współpracą przy dalszym rozwoju technologii.

Jak zaznaczyła dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektorka CITTRU UJ, cytowana w komunikacie uczelni, „metodę warto poddać jeszcze innym testom, które pozwolą dokładnie ocenić parametry jakościowe materiałów z domieszką ISSA po upływie dłuższych okresów”.

„Zespół naukowy ma w planie takie eksperymenty prowadzić, natomiast chcielibyśmy je realizować wspólnie z partnerami branżowymi. Jedną z opcji jest udzielenie licencji lub nawet sprzedaż praw do tej technologii graczowi z branży budowlanej” – powiedziała Konopka-Cupiał.

Nauka w Polsce

wl/ agt/