Nie ma jak starożytny... beton

Produkcja betonu według starożytnej, stosowanej przez Rzymian receptury, wymaga podobnej ilości energii i emisji dwutlenku węgla, co wytwarzanie nowoczesnego betonu. Jednak to starożytny budowlany materiał jest wytrzymalszy i wymaga wytworzenia mniejszej ilości toksycznych odpadów - twierdzą naukowcy.

Starożytny, rzymski beton, który wykorzystywano do budowy akweduktów, mostów i budynków w całym imperium, w wielu miejscach przetrwał ponad dwa tysiące lat - zwracają uwagę naukowcy z Uniwersytetu del Norte w Kolumbii.

W badaniu przedstawionym w czasopiśmie "iScience" sprawdzili oni, czy powrót do rzymskiej technologii mógłby poprawić poziom zrównoważenia współczesnej produkcji betonu. Odkryli, że odtworzenie starożytnej receptury wymagałoby porównywalnych ilości energii i wody oraz powodowałoby podobną emisję dwutlenku węgla (CO2), co dzisiejsza produkcja betonu.

Zwiększona trwałość rzymskiego materiału budowlanego może jednak sprawić, że byłby on bardziej zrównoważoną opcją, ze względu na mniejszą potrzebę wymiany i konserwacji - sugerują badacze.

- Analiza rzymskiego betonu może nauczyć nas, jak wykorzystywać materiały w sposób maksymalizujący trwałość naszych konstrukcji, ponieważ zrównoważony rozwój idzie w parze z długowiecznością - mówi autorka badania prof. Daniela Martinez.

To szczególnie ważne w erze dekarbonizacji gospodarki; dzisiejsza produkcja betonu odpowiada bowiem za ok. 8 proc. cywilizacyjnej emisji CO2 i 3 proc. światowego zużycia energii.

- Interesowało nas, w jaki sposób możemy czerpać naukę z dawnych metod, aby lepiej stawić czoła wyzwaniom związanym z łagodzeniem skutków zmian klimatu, z którymi mierzymy się obecnie w naszym zabudowanym otoczeniu - podkreśla badaczka.

Naukowcy wyjaśniają, że kluczowym surowcem w betonie - zarówno starożytnym, jak i współczesnym - jest wapień. Materiał ten, poddany bardzo wysokiej temperaturze, ulega rozkładowi, wytwarzając dwutlenek węgla oraz tlenek wapnia, który po połączeniu z innymi minerałami i wodą tworzy pastę wiążącą beton (tzw. zaprawę). Podczas gdy Rzymianie dodawali do betonu lokalnie dostępne skały, wulkaniczny popiół oraz gruz z rozbiórek, współczesny beton powstaje z mieszanki cementu oraz różnych rodzajów piasku i żwiru.

Badacze oszacowali ilość surowców potrzebnych do wytworzenia każdego rodzaju betonu oraz emitowanego przy okazji CO2 i innych zanieczyszczeń powietrza. Ponieważ rzymski beton nie był wytwarzany w jednolity sposób, naukowcy porównali kilka starożytnych receptur, różniących się proporcjami wapienia i innych składników. Porównali również zastosowanie różnych źródeł energii (np. paliw kopalnych, drewna lub innej biomasy, energii odnawialnej).

Ku swojemu zaskoczeniu wykazali, że produkcja rzymskiego betonu - w przeliczeniu na jednostkę objętości - powoduje porównywalną, a w niektórych przypadkach nawet większą emisję CO2, niż wytwarzanie współczesnych mieszanek betonowych.

To jednak nie wszystko. Jak się okazało, produkcja rzymskiego betonu wiązałaby się z niższą emisją zanieczyszczeń powietrza, takich jak tlenki azotu i tlenki siarki. Redukcje te, mieszczące się w przedziale od 11 aż do 98 proc., występowały niezależnie od tego, czy produkcja rzymskiego betonu byłaby zasilana paliwami kopalnymi, biomasą czy energią odnawialną.

Największe obniżenie emisji odnotowano w przypadku energii odnawialnej.

Ponadto, oprócz potencjalnie mniejszej szkodliwości dla ludzi, rzymski beton uważany jest także za bardziej trwały, co mogłoby uczynić go bardziej zrównoważoną opcją na dłuższą metę. Dotyczyłoby to szczególnie intensywnie użytkowanych obiektów, takich jak drogi i autostrady, które zazwyczaj wymagają regularnej konserwacji i wymiany.

- Gdy weźmiemy pod uwagę okres użytkowania betonu, zaczynamy dostrzegać korzyści - mówi prof. Martinez.

Badacze przyznają, że trudno jest dokonać dokładnego porównania, ponieważ nowoczesny beton produkowany jest dopiero od około 200 lat, ponadto w przeciwieństwie do współczesnego betonu zbrojonego, starożytne konstrukcje nie miały stalowych prętów do zwiększenia wytrzymałości. Tymczasem to korozja zbrojenia jest główną przyczyną degradacji betonu, dlatego wszelkie porównań należy przeprowadzać z dużą ostrożnością.

W przyszłości naukowcy planują przeprowadzić bardziej szczegółowe analizy, które pozwolą porównać wydajność i trwałość betonu rzymskiego oraz współczesnego w różnych warunkach.

- Możemy się uczyć od Rzymian. Jeśli uda nam się połączyć ich strategie z naszymi nowoczesnymi, innowacyjnymi pomysłami, będziemy mogli stworzyć bardziej zrównoważone środowisko zbudowane przez człowieka - podsumowuje prof. Martinez.

Marek Matacz