Přidat EnviWeb k oblíbeným odkazům
RSS kanályMobilní verze EnviWeb.cz

Geopolymery a jejich použití pro nakládání s odpady

24.04.2006  |  zdroj: Odpady  |  173× přečteno      vytisknout článek

Tyto materiály lze označit za materiály šetřící životní prostředí, neboť při jejich přípravě je vznik emisí CO2 snížen o více než 50 %.

Starověké stavby nás udivují nejen svou technickou nebo uměleckou jedinečností, ale především dlouhodobou stálostí použitých materiálů, která je dána chemickým a fázovým složením stavebního materiálu.
Archeologické nálezy u měst Ur a Chaldees ukázaly, že cihly zde byly připravovány ze směsi popele a vápna. Ve starověkém Římě se jako materiál na výrobu stavebních hmot začal využívat sopečný produkt - pucolán. Tento typ stavební hmoty se již velice podobal modernímu, který byl v roce 1824 patentován Josephem Aspdinem. Na počátku dvacátého století se začíná vědecký svět zabývat tzv. alkalicky aktivovanými cementy. S postupem výzkumu v této oblasti se v USA začal objevovat termín chemicky vázaná keramika.

Použití zásaditých roztoků pro stimulaci latentních hydraulických vlastností různých materiálů má tedy dlouhou historii. V současnosti jsou však tyto látky v betonech nepřijatelné, a to z důvodu alkalického rozpínání, způsobujícího praskání betonů.

Pojem chemicky vázaná keramika (CBCs - chemically bonded ceramics) se vztahuje především na způsob vzniku vazeb při chemické reakci mezi kapalnou a pevnou fází za nízkých teplot, oproti tavným nebo slinovacím procesům. CBCs lze na základě rozdílných reakčních mechanismů, které jsou uvedeny na obr. 1, rozdělit na tři hlavní skupiny. Hranice mezi jednotlivými typy nejsou ostré, proto lze připravit i hybridní systémy.

Jak je patrné, nebylo názvosloví v této oblasti jednoznačné. Každé pracoviště, které se zabývalo těmito materiály, si zavedlo vlastní název. Tak dnes pro stejný materiál, existuje několik různých označení: CBC, hydrokeramika, alkalicky aktivované cementy, gruntocementy, aj.

V sedmdesátých letech minulého století založil ve Francii prof. Joseph Davidovits výzkumný ústav Cordi-Geopolymere a začal se zabývat výzkumem a vývojem anorganických polymerů na bázi metakaolinitu, které nazval geopolymery. Výzkum a vývoj těchto materiá-lů byl zpočátku zaměřen především na nahrazení organických polymerů za anorganické polymery (geopolymery). Plasty byly hlavní příčinou vzniku nebezpečných zplodin při požárech a přispívaly také nemalou měrou jejich šíření.

CO JE TO GEOPOLYMER?

Název geopolymer v prvé řadě popisuje způsob přípravy materiálu (GEOsyntéza) a dále pak využívá analogického přirovnání výsledného produktu k běžně používanému materiálu, jakým jsou plasty (POLYMER).

Jako geopolymery jsou označovány anorganické polymerní materiály, které jsou připravovány polykondenzační reakcí základních hlinito-křemičitanových materiálů v zásaditém prostředí za normální teploty a tlaku. Tato reakce byla označena jako geopolymerace, a výsledné příklady struktur je možno vidět na obr. 2. Při přípravě geopolymeru vzniká daleko menší množství CO2, než při přípravě portlandského cementu.

Pro přípravu geopolymerů byly studovány různé základní materiály, jako jsou albit, kaolinit a další typy hlinito-křemičitanových minerálů. Geopolymerací lze také přeměnit řadu odpadních surovin, především elektrárenské a teplárenské popílky, na plnohodnotné geopolymerní materiály s vysokou pevností, odolností proti ohni, kyselinám a bakteriím.

První aplikace geopolymeru byla ve stavebnictví v letech 1972-1976, kde byl geopolymer nanášen na dřevotřískové desky, a tím byla zvýšena jejich ohnivzdornost. Dále byl pro oblast stavebnictví vyvinut geopolymerní cement Parament®, který byl použit pro opravu letištní plochy v Los Angeles. Pro aeronautiku a vozy Formule 1 byly vyvinuty kompozity geopolymeru a karbonových vláken. Tyto kompozitní materiály jsou využívány v tepelně namáhaných částech monopostu, např. výfukových systémů. V roce 2004 patentovala firma Porsche výfukové potrubí, které obsahuje nosič katalyzátoru z geopolymeru.

Tyto materiály lze označit za materiály šetřící životní prostředí, neboť při jejich přípravě je vznik emisí CO2 snížen o více než 50 %. Také vlastnosti geopolymerních matric při stabilizaci/solidifikaci nebezpečných a radioaktivních odpadů ukazují výhody oproti současným energeticky náročnějším způsobům stabilizace/solidifikace odpadů metodami vitrifikace nebo cementace. Úspěšně byla poloprovozně odzkoušena technologie stabilizace/solidifikace odpadů z těžby uranu v Německu, v oblasti Vizmutu.

Geopolymerní matrice je vzhledem ke svým vlastnostem výhodnější oproti klasickým cementovým (cementace) nebo skelným (vitrifikace) matricím. To dokazují studie v oblasti stabilizace/solidifikace odpadů obsahujících těžké kovy nebo nebezpečný radioaktivní odpad. Například v Rusku byla provedena studie možnosti stabilizace/solidifikace radioaktivního odpadu z oblasti Černobylu získaného spalováním biomasy.

VYUŽITÍ ENERGETICKÝCH ODPADŮ

Řešení odstranění produktů z teplárenských a energetických výroben stojí v době růstu výroby elektrické energie v popředí zájmu. V tepelných elektrárnách a teplárnách spalující tuhá paliva odpadá z kotelních zařízení značné množství tuhých odpadů. Jejich množství a charakter je dán především vlastnostmi paliva, druhem a účinností kotelního zařízení, včetně přípravy paliva, druhem a účinností odlučovačů kouřových plynů. Ve větších energetických celcích se v ČR používá hnědé i černé uhlí a lignit, nebo jejich směsi. Většinou však nedochází k využití celé produkce odpadních produktů, a tak je nutno buď malé množství, nebo podstatnou část odstraňovat. Velká část těchto odpadních produktů je stále skládkována nebo ukládána do povrchových lomů a dolů nebo do hlubinných dolů.

Nejvýhodnější odstranění odpadních produktů představuje jejich využití, kdy se z průmyslového odpadu stane surovina pro další zpracování nebo přímé použití. Nejvíce možností pro využití odpadních produktů bylo zatím nalezeno zejména ve stavebnictví, např. jako částečné náhrady cementu v betonové směsi, použití při silniční a železniční výstavbě pro stabilizované vrstvy, nebo využití pro přípravu umělého kameniva a v neposlední řadě také pro výrobu lehčených betonů.

Ve světě i u nás se využitím elektrárenských odpadních produktů zabývala řada výzkumných pracovišť. S příchodem geopolymerů, se také naskytla možnost, využívat tyto odpadní produkty pro jejich přípravu. Tak vznikl projekt GEOASH, jehož cílem je studium přípravy geopolymerů na bázi odpadních produktů z teplárenských a energetických výroben. Hlavním koordinátorem tohoto projektu je prof. Joseph Davidovits a výzkum probíhá na několika renomovaných evropských pracovištích. V ČR se také některá pracoviště zabývala obdobnou přípravou (A. Studničková, Vysocepevné geopolymerní materiály. Chemické listy. 2004, č. 98, s. 497-509).

V současnosti jsou studovány různé typy odpadních produktů z teplárenské a elektrárenské výroby a jejich možnosti využití pro přípravu geopolymerních materiálů, využitelných ve stavebnictví např. pro nezátěžové výrobky, jak lze vidět na obrázku.

Výsledky dosavadního výzkumu ukazují, že lze připravit geopolymery s maximálními pevnostmi po 28 dnech až kolem 100 MPa. Je zřejmé, že tyto odpadní produkty mají velký potenciál využití jako suroviny pro přípravu geopolymerů. Také odolnost proti síranové korozi a agresivnímu prostředí je u geopolymerních materiálů výborná, oproti klasickým portlandským cementům. Hlavním směrem, kterým se ubírá výzkum a vývoj v oblasti využití odpadních produktů z teplárenských a energetických výrob je využití geopolymerů ve stavebnictví a dalších odvětvích průmyslu.

Ing. Roman Slavík
Evropský ústav prof. Josepha Davidovitse pro aplikace geopolymerů, Praha

Ing. Vratislav Bednařík PhD
prof. Ing. Milan Vondruška CSc.
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně,
Ústav inženýrství ochrany životního prostředí
 


Související články


Poslední diskuse k článku - 2 příspěvků celkem

přidej nový příspěvek
Re: Rizika použití geopolymerů
Dobrý den,dovolte mi,abych s Vámi souhlasil,neboť se výzkumem geopolymerů zabývám a mohu konstatovat,že mechanická pevnost valná není a co se týče stability,tak rovněž !!Děkuji
vloženo: 27.02.2007 17:36     vložil:  Reagovat 
Rizika použití geopolymerů
Domnívám se, že jsou často přeceňovány vlastnosti geopolymerů, a tyto vlastnosti jsou víceméně determinovány přáním autorů jednotlivých modifikací a variant, které v laboratořích a jiných pracovištích přicházejí na svět. Je to škoda, protože jejich potenciál je velmi vysoký a pro budoucnost by mohly být přínosem.
Často slýchám o pevnosti, chemické odolnosti a stabilitě, ale v praxi více než pětileté, vím, je to směšný časový ůdaj oproti starým civilizacím, jsem se setkal pouze s jedním derivátem, který vyhovoval mým představám o novém kvalitním materiálu pro stavebnictví. (Tento materiál byl ovšem nepřiměřeně drahý.) Jinak šlo o napohled zajímavé materiály, Které ovšem nevykázaly vysokou odolnost v kyselém prostředí, v mrazových cyklech, při smáčení a pod.
vloženo: 10.09.2006 19:59     vložil:  Ing. Oto Hausenblas Reagovat 
zobrazit všechny příspěvky

EnviWeb s.r.o. neručí a nenese zodpovědnost za obsah diskusních příspěvků, diskuse nemoderuje ani nerediguje. Diskusní příspěvky vyjadřují názor jejich autorů. EnviWeb s.r.o. si vyhrazuje právo odstraňovat diskusní příspěvky, a to zejména takové, které odporují dobrým mravům, porušují platné zákony ČR, poškozují dobré jméno serveru nebo obsahují neplacenou reklamu. Diskuse NEJSOU určeny pro dotazy na autory článků nebo redaktory EnviWebu.



Search
Partneři
EKOLAMP s.r.o.Asekol s.r.o.ELEKTROWIN a.s.Inisoft s.r.o.EKO-KOM a.s.
ZmapujTo.cz
Fandíme EnviWebu
Výrobky a služby pro životní prostředí
Výrobky a služby pro životní prostředí
Partnerské časopisy
<< Předchozí Následující >>



Doporučujeme: Ekologove.cz - ekologie v každodenní praxi, EnviMarket.cz - nabídka výrobků a služeb, ZmapujTo.cz - hlášení podnětů od občanů, Nazeleno.cz - úspory energie, Inspirace v bydlení, Cena elektřiny, Dřevěné brikety, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo, Palivové dřevo


Enviweb s.r.o. využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování tohoto obsahu či jeho části veřejnosti,a to jakýmkoliv způsobem, je bez předchozího souhlasu ČTK výslovně zakázáno.
Copyright (2008) The Associated Press (AP) - všechna práva vyhrazena. Materiály agentury AP nesmí být dále publikovány, vysílány, přepisovány nebo redistribuovány.
Toplist