Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku

Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Autoři: Ing. Miroslav Hadinec, Lukáš Bouzek, Vanda Seidlová Shary a.s. pro účely projektu FI-IM5/146

OBSAH Úvod... 4 Využití odpadů cesta udržitelného rozvoje... 7 Definice udržitelného rozvoje... 8 Obnovitelné zdroje energie... 10 Resumé ohledně ekologie... 11 Potenciál hald a deponií... 12 Deponie druhotných produktů ve světě... 12 Tradice struskových deponií v ČR... 16 Technologie geopolymerů... 21 Likvidace ostatních odpadů... 22 Proces likvidace odpadu... 22 Sklo z obrazovek... 24 Minerální materiály... 28 Testování hmoty a výrobků... 31 Problematika popelů... 31 Metodika a průběh testů... 32 Jiné produkty spalování v průmyslu... 37 Výsledky testů... 37 Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 2

Možnosti použití... 39 Stavebnictví... 41 Dopravní stavby a městský mobiliář... 42 Průmyslová, občanská a bytová výstavba... 43 Panelové montované stavby... 44 Rekonstrukce památkových objektů... 45 Opravy panelových domů... 46 Použitá literatura... 49 Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 3

ÚVOD Světová produkce výrobků a energie z primárních surovin má v absolutních číslech vzestupnou tendenci. Počet obyvatel, který se neustále zvyšuje a brzy pokoří hranici 10 miliard má a bude mít výrazný vliv na stabilitu únosného životního prostředí v globálním měřítku. Snaha o zmírnění dopadů globální spotřeby na životní prostředí člověka představuje multidisciplinární vědní obor, který zahrnuje především hledání alternativních zdrojů energie. Stav poznání a techniky ale naznačuje, že význam ropy a uhlí je stále zcela klíčový. Je tedy podstatné, aby se lidé zaměřili na efektivní využívání co nejširší škály surovin odpadního charakteru. Jedině takovým způsobem je možné zpomalit proces čerpání neobnovitelných zdrojů surovin. Předložená studie se zaměřuje na možnosti, jak uspokojit poptávku po výrobcích s použitím minimálního množství primárních surovin. Záměrem je využití materiálů, které jsou deponované v četných haldách a skládkách sekundárních průmyslových produktů, neboli odpadů z výroby energie a průmyslu. Základní myšlenkou celého procesu integrace odpadů do výrobků je fakt, že mnoho takových odpadů vlastně prošlo tepelným zpracováním a tudíž existuje potenciální pravděpodobnost, že by se mohly aktivně podílet na výrobě solidifikátů. Takovými výrobky může být celá řada ekvivalentů k výrobkům betonovým včetně lití velkoobjemových monolitů. Úspěšná realizace záměru by znamenala významný krok k likvidaci starých ekologických zátěží v podobě odpadních hald. Současně by docházelo ke zhodnocení odpadů a využití zbytkového potenciálu již dávno vydané energie. Sumarizace potenciálů a možných rizik dokáže jasně specifikovat směr dalšího výzkumu a zejména vývoje výrobních technologií. Hodnotné odpadní materiály jsou hlavně v podobě strusek z hutnictví a dále Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 4

veškeré druhy popelů ze spalovacích procesů průmyslových a energetických zařízení. Na základě současného stavu poznání by teoreticky bylo možné takové látky využívat jako výkonného pojiva pro výrobu solidifikátů pro řadu odvětví, ale v první řadě pro stavebnictví. Záměr má ještě širší záběr ve smyslu likvidace i ostatních odpadních materiálů současně deponovaných v haldách. Jde o různé inertní směsi od stavebních sutí až po kontaminované látky. A mnoho dalších hmot by bylo možné použít jako plniv. Studie bude použita pro účely projektu, který se zabývá využitím popelů ze spalování biomasy. Jde o navazující možnosti, jak využít technologii pro úspěšné zpracování produktů spalování. První kapitoly studie popisují technologii a výhody anorganických alumosilikátových kompozitů, jejich podstatu a úskalí. Další kapitoly sumarizují potenciál trhu a možnosti využití. Je důležité uvést chemickou podstatu nových hmot, protože je zcela odlišná od konvenčních technologií. Jde o zcela nové výsledky výzkumů na poli anorganické chemie. Úspěšná aplikace by byla pravděpodobně první realizací ve světovém měřítku. Šlo by o velkoobjemovou a bezezbytkovou likvidaci hald a deponií bez nutnosti vstupu další primární energie. Za předpokladu úspěšného nasazení technologie do výroby je možné hledat uplatnění na trhu bez větších překážek, výrobky by totiž měly kromě jiných jednu zásadní konkurenční výhodu. Byla by to cena. Uplatnění hmot s vysokou přidanou hodnotou by razantně pomohlo v mnoha oblastech. Pomineme-li ekologické aspekty, je možné hovořit o podpoře zaměstnanosti v regionech, kde deponie existují. Většinou se jedná o oblasti se silnou průmyslovou historií, a dnes s významným podílem nezaměstnaných. Levné a kvalitní výrobky mohou akcelerovat ekonomický růst země. Často diskutovaná problematika cen liniových staveb by mohla být mnohem přímočařejší. Úspory na státním rozpočtu by se pohybovaly v řádech desítek miliard. O vlivu technologie na zahraničních trzích je možné jen spekulovat, ale nízká Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 5

cena a ekologické benefit otevírají dveře v každém konkurenčním prostředí, a o to více v zemích západní Evropy. Celá práce se snaží odůvodnit záměr využití odpadů ze stávajících deponií v globálním měřítku a v souvislosti s udržitelným rozvojem, resp. s přijatelnými podmínkami pro život člověka. Důvodem je hledání skutečně efektivního nástroje pro zlepšení kvality života a prostředí, ve kterém žijeme. Stále diskutované téma environmentální zodpovědnosti se změnilo v klišé víceméně politického významu. Využití odpadů jako plnohodnotné suroviny je a bylo vždy prioritou, resp. až po možnosti racionálního zhodnocení nutnosti spotřeby. Ale západní společnost založená na ekonomické síle spotřeby a neustálé potřeby změn a reforem může díky využití odpadů setrvat na vlně luxusu a vyspělosti o něco déle. Po vyčerpání fosilních paliv, což se odhaduje na trvání maximálně 100 let, budou dvě možnosti, které zásadně určí směr. Buďto bude vynalezeno něco podobného fosilním palivům, tedy zdroj energie, který ke své aktivaci nepotřebuje počáteční energii z jiného zdroje, nebo se lidstvo bude muset vrátit na životní úroveň devatenáctého století. Před zhruba dvěma sty lety byla sice již vyspělá a inteligentní společnost, ale plně odkázaná na obnovitelné zdroje energie, mezi kterými převládalo teplo ze dřeva, tedy biomasa. Existuje určitá šance resp. až obava, že by se takové podmínky mohly vrátit přesně ve chvíli, kdy bude koktejl fosilních a jaderných paliv definitivně na dně. A možná potrvá dalších několik tisíc let, než bude vynalezen způsob využití molekulární energie, nebo dalších milión let, než se vytvoří další vrstva fosilních paliv. To je ale z oblasti science-fiction. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 6

VYUŽITÍ ODPADŮ CESTA UDRŽITELNÉHO ROZVOJE Otázka ekologických činností a jejich skutečného dopadu je poměrně často diskutována. Jde přitom o politickou hru nebo skutečnou snahu o zlepšení současného stavu? Další otázkou je, jakým způsobem zlepšení nastane, kde se projeví a podobně. V dnešní době marketingových triků není vyloučeno, že i celá světová politika ekologie je jedna veliká marketingová bublina, která jen generuje zisky bez sebemenší kladné stopy v životním prostředí, ba naopak. Účelem kapitoly je hrubá sumarizace současných znalostí, čísel a odůvodnění, proč právě práce s odpadem a vývoj v tomto oboru je vysoce efektivní způsob udržitelného rozvoje. Prvním krokem na cestě k pochopení efektivity různých nástrojů je nutné znát cíl snažení. Udržitelný rozvoj může mít mnoho podob a ne všechny představují zlepšení životního prostředí. Často se udržitelný rozvoj spojuje s činností firmy nebo společnosti a vyjadřuje se tak soubor opatření a směrnic, které zajistí stoupající ekonomickou bilanci společnosti. Kladný dopad na životní prostředí je marginální a často se tím jen kamufluje zisková činnost. Příkladem může být jedna z největších ropných společností na světě, která má na svědomí nedávný únik ropy v Mexickém zálivu. Tato firma zvolila progresivní image založenou na zelené barvě, předponách BIO, ECO a na virtuální představě, že společnost vlastně sází kytičky na horách. Slovní obrat sázení kytiček je odrazem subjektivního vnímání webové prezentace společnosti a propagačních materiálů včetně televizních reklam. Přitom jde pořád o ropnou společnost, která těží ropu stejnými způsoby jako dříve a dbá nejvíce o Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 7

maximalizaci zisku. Hra na ekologii je jen marketingový tah, protože je to v současnosti trendy. Vůbec slovo ekologie je zavádějící, protože dle terénních průzkumů vlastně nikdo neví, co to znamená. Při otázce na ekologii a udržitelný rozvoj se nejvíce dostává odpovědí tématicky spjatých s šetrností k přírodě. To jediné lze považovat za kladný impuls. DEFINICE UDRŽITELNÉHO ROZVOJE Anglicky sustainable development a německy Nachhaltigkeit, to jsou ona zaklínadla moderní doby. Jediné správné vysvětlení je takové, že se jedná o způsob chování člověka, soubor nařízení a zákonů, které zajistí, že budoucí generace neumřou hlady nebo na působení toxických odpadů, nedostatku vody, vzduchu, nebo na důsledky lidské činnosti, které způsobí krátkodobý kolaps globálního podnebí. Nemusí jít o globální oteplování, ale i o dobu ledovou způsobenou znečištěním atmosféry, apod. V tomto bodě jen malá poznámka ohledně záchrany planety a podobných snažení. Planeta Země je dle vědců velmi stabilní organismus. V případě jakékoliv katastrofy je schopná se za nějakou dobu dostat opět do rovnovážného stavu. Problém je v tom, že ona doba na stabilizaci může být fatální pro lidskou čeleď a většinu fauny a flory. I přes tato varování je positivní, že život v podobě bakterií a jiných odolných organismů bude zachován. Bude potom otázkou dalších miliónů let, než se vyvine takový unikát, kterým je smyslný tvor schopný se rozmnožovat. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 8

Naše snaha by měla směřovat k zachování životních podmínek našim dětem. Bude zapotřebí si definovat některé nástroje dnešní doby, kterými můžou, ale nemusí, být obnovitelné zdroje energie, ale i jiné metody. Absolutní čísla, to je jediný správný ukazatel, který nám jasně odpoví na otázku, zda se chováme ekologicky nebo nikoliv. Jakmile se začnou definovat dlouhodobé závazky v procentech, např. 20% všech energií bude z větru do roku 2020, apod. pak jsme na šikmé ploše marketingových tahů, které ve skutečnosti ženou lidské pokolení do záhuby. Je to cesta lží na vlastních dětech, je to cesta sobeckého chování vůči sobě samým. Je to způsob přetvářky západní civilizace a tržního hospodářství. Absolutní čísla jsou v současnosti daná, ale mnoho se o nich nehovoří. Málokterá média dnes říkají pravdu bez prospěchové mutace, tj. překroucení skutečnosti ve prospěch získatele. Pravdou o globální situaci je fakt, že lidé svou činností spotřebují ročně okolo 20tis TWh energie. To znaméná, že na hlavu jednoho člověka připadne asi tak 10 kwh na den. V tom je započítaná veškerá energie jak elektrická, tak ta, kterou spotřebuje v naftě, která je umořena v jídle, zboží a tak dále. Co je to ale 10 kwh? Je to málo, nebo hodně. Taková spotřeba byla charakteristická pro období středověku. V současnosti jsou čísla mnohem vyšší. Evropan spotřebuje v průměru 150 kwh a Američan dokonce 300. To znamená, že část dnešního světa žije ve formě pohody a blahobytu, ovšem na úkor zbylých 70% obyvatel planety, kteří musí žít pod životní úrovní středověku. To je fakt, který si málokdo připouští a většina lidí nad tím ani nepřemýšlí. V podstatě je otázkou, zda je to principielně špatně, že někde se má lépe Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 9

na úkor jiných, vždyť tento kořistnický vztah funguje odnepaměti. Kdo ze spoluobčanů, kteří si čepují na benzince u stojanu palivo, se zajímá o smrt obyvatel v Nigérii při násilném vyhánění z jejich domovů, aby mohla být postavená další těžební věž. Kdo z obyvatel se zajímá o masivní exploataci sibiřských pralesů, když si kupuje superlevný nábytek od jednoho nejmenovaného švédského výrobce. Téměř nikdo, vlastně vůbec nikdo, ale je to fakt. Naučili jsme se s tím žít. Problém může nastat ve chvíli, kdy zjistíme, že ani přesouvání špinavých procesů a mrzkých životních podmínek nestačí k zabezpečení podmínek života pro naše děti. Jde o to, že negativní dopady někde v Africe, Číně a Jižní Americe mají pomalejší, ale o to větší dopad i na nás. To ani není zmínka o možném exodu lidí, kteří začnou masově okupovat starý kontinent. Opět to není jen zastrašovací fráze ze světa scincefiction, ale reálná hrozba zejména pro konzervativní evropu, jejíž křestanskožidovské kulturní a mravní hodnoty mohou být ve chvíli smeteny islámskou silou jednoty nebo čínskou silou bezmezné disciplíny davu. OBNOVITELNÉ ZDROJE EN ERGIE Veškeré teze uvedené výše naznačují, proč většina obnovitelných energií v čele se solárními panely a větrnými mlýny jsou jen společenským klamem. Absolutní čísla nám prozradí, že na výrobu jednoho solárního článku padne minimálně 1,6 násobek energie, kterou je článek schopen sám za svůj život vyrobit. Bylo by možné zde demonstrovat výpočty, ale to nechť si každý provede sám. Bude to ku prospěchu věci. Stačí znát složení panelu, hmotnost hliníkového rámu, hodnotu energetické náročnosti na výrobu hliníku a křemíkového prášku. Také hodnoty maximálního výkonu, poklesu výkonu v čase, životnost panelu a také hodnotu reálného výkonu v našem často zataženém počasí. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 10

To jsou absolutní čísla, která potvrdí domněnku, že je to systém ždímání peněz z daňového systému s negativním dopadem na globální životní situaci. Kladný dopad to má jeden. Přesunuli jsme špinavou energii na druhý konec planety a toto znečištění, resp. jeho důsledky, se k nám dostanou za delší časový úsek. Takto je možné analyzovat výrobu a trend elektromobilů, kde výroba baterií je zhoubou pro životní prostředí, leč co oko nevidí, duši nebolí. Seriózní debata o obnovitelných zdrojích energie odhalí přínos jen u vodních elektráren, což ovšem věděli i naši předkové a hojně toho využívali. RESUMÉ OHLEDNĚ EKOLOGIE Využití odpadů je důležité více než jakékoliv druhy obnovitelných energie. Jde totiž o skutečný projev šetrnosti a proces zachování primárních zdrojů materiálu i energie. To je jediná dnes známá cesta k udržitelnosti. Jak bylo uvedeno výše, pravděpodobný scénář je takový, že po vyčerpání zásob fosilních paliv bude muset člověk opět přijmout podmínky života ve středověku, tj. využití pouze obnovitelných zdrojů ve smyslu spalování dřeva a využívání plodin v maximální hladině okolo 10 kwh denně, namísto dnešních 150-300. Využití odpadů pro nové výrobky a energetickou recyklaci může dobu blahobytu náležitě prodloužit. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 11

POTENCIÁL HALD A DEPONIÍ Sekundární produkty průmyslové výroby tvoří důležitou součást procesů a významně zasahují do životního prostředí člověka. V minulosti jsou takové produkty hlavně odpadními materiály a jejich uložení je výlučně v zemních skládkách. Nejvíce se skládky vyskytují v oblastech s hutní výrobou. Časově se dá hovořit o období mezi rozmachem průmyslové výroby v 18. století až po současnost s tím rozdílem, že většina takových procesů je dnes systematicky přemísťována do zemí třetího světa. DEPONIE DRUHOTNÝCH PR ODUKTŮ VE SVĚTĚ Za prvními haldami ve světovém měřítku bychom se mohli vydat do Anglie, ale mnohem zajímavější umělé kopce lze najít ve Skandivávii. Typickým příkladem je bývalá hornická kolonie v Norsku u švédských hranic. Dnes hojně navštěvovaná turistická destinace se soubory původní dělnické zástavby je známá i díky umělému kopci z načervenalé hutní strusky. V tomto případě se nadá hovořit až tak o ekologické zátěži, spíše o technické památce s původní zástavbou, která slouží jako skanzen. Od deponií romantického charakteru, kam je možné směrovat turisty, se dostáváme do oblastí, kde probíhala mnohem masivnější hutní výroba. S tím souvisí i závažnější zásah do krajiny a ekosystému. Zásah do systému zahrnuje únik látek do ovzduší a neméně závažné jsou kontaminace podzemních vod. Typickým příkladem jsou industriální a hutnické oblasti Německa. Příkladem může být halda u německého města Helbra v Sasku-Anhaltsku. Probíhala zde více než 150 let těžba a zpracování měděných rud, jednalo se o největší měděnou produkci v Německu. Jak již bylo uvedeno výše, dnes jsou podobné aktivity přesunuty do zemí 3. světa, tj. přesun Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 12

špinavých procesů generelně. Již z fotografie je možné determinovat, že objem materiálu je obrovský a má zásadní vliv na vzhled krajiny. V případě haldy u Helbry vstupuje do hry další aspekt, a tím je neurčitost obsahu v haldě. Jde o ten fenomén, že se zavážky používaly i pro jiné výrobní podniky. To představuje i značnou komplikaci při hledání potenciálního využití strusky, resp. deponovaného materiálu. Stačí totiž, aby byla jistá část kontaminovaná třeba ropnými produkty a veškeré předešlé bádání po technologii je bezpředmětné. Jde o to, že každá halda je specifická svým majoritním materiálem. Proto bylo zapotřebí zaměřit se při výzkumu využití čistě na jeden specifický materiál. V tomto případě na strusku ze zpracování měděné rudy. Ale sondy prováděné v devadesátých letech potvrdily obavy mnoha inženýrů, a to že halda sloužila jako skládka veškerých odpadních materiálů ze širokého okolí. Celý projekt na likvidaci deponie byl zastaven a byl zahájen proces konzervace. Ovšem alternativa konzervace není o nic levnější a počítá s tím, že tisíce tun použitelného odpadního materiálu zůstane nadobro v zemi. Přesto se dá tvrdit, že západní Evropa o haldách ví a má v úmyslu jejich likvidaci či rekultivaci řešit. Mohlo by se očekávat, že materiál bude buďto využit pro výrobu nových hmot a produktů, nebo budou nově vzniklé kopce upraveny a zabezpečeny proti sprašnosti a výluhům a bude z nich vytvořen park a vlastně součást životního prostoru člověka, tak jako tomu bylo před započetím hutních činností. Navzdory těmto kladným příkladům se musí zmínit i druhá stránka věci, jakkoliv závažně nás tato skutečnost zajímá. Současná dostupnost veškerého zboží za velmi nízké ceny v porovnání s dobou před cca. 20 lety je způsobena hlavně kvantitou a nerespektováním pravidel trvalé udržitelnosti. V praxi to znamená, že dochází k těžbě Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 13

podobné prostému drancování. Těžební společnost přijede a po několika letech masivní a intenzivní činnosti opustí těžební místo zcela zpustošené. Negativní zásahy se většinou podepíšou na mnohem větším území v podobě znečištěných řek, zlikvidovaných živočišných druhů, ale i v podobě likvidace zaběhnutých lidských obyčejů a rozvracení společnosti. Je těžké hodnotit kvalitu a zodpovědnost hutních procesů zejména v zemích střední Afriky a jižní Ameriky, když typický západní Evropan vlastně vytváří poptávku a tím roztáčí kolo spotřeby. Ale zpět tématicky k haldám a deponiím. Na obrázku z afrického Konga je vidět sopečný útvar. Nejedná se ale o sopku přírodní, jde o statisíce tun hutní strusky. Jde o sekundární produkt z výroby mezisuroviny, která ve finále plní továrny v čínských městech a výstupem jsou plné obchody a výlohy americko-evropských nákupních center. Zdánlivě nemá africká halda s našimi záměry souvislost, ale opak je pravdou. Úspěšné řešení a vynález technologie na inhibici strusek bude možné aplikovat místně přímo u zdroje. Tudíž i zde na obrázku níže bude možné transformovat celé statisíce tun na plnohodnotný stavební materiál. Je to ale jen jeden příklad z mnoha a takových deponií je v celosvětovém měřítku nepředstavitelné množství. Opět je nutné zopakovat, že cílem není utopická myšlenka na zastavení těžby primárních surovin, ale jen zpomalení těžební činnosti. Na národní úrovni je možné hovořit o možnosti zpomalení těžby kameniva, písků a prvotřídních kamenných bloků, apod. Je patrné, že transformace trhu bude způsobena převážně nízkou cenou nových materiálů, ale není vyloučeno, že poptávka po alternativních ekologických výrobcích bude i Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 14

důsledkem osvícené společnosti, která si uvědomuje svou zodpovědnost za životní prostředí pro budoucí generace. Mála poznámka k současné situaci na poli těžby surovin. Čína je suverénně největším spotřebovatelem primárních materiálů a energie. Zajímavé je, že pro uspokojení poptávky byla nucena hledat suroviny v zahraničí. Zatímco v dobách nedávno minulých kupovala Čína suroviny na tuny, dnes nakupuje celá surovinová ložiska. Vyplývají z toho mnohá fakta, především o uspořádání a závislosti západních civilizací na zámořské průmyslové velmoci. O to více by měly staré státy vyvíjet větší tlak na technologie, které by dokázaly tuto závislost zmenšit, nebo dokonce aby se alespoň část základní výroby v Evropě znovu osamostatnila. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 15

TRADICE STRUSKOVÝCH DEPONIÍ V ČR Česká republice se od zemí západní Evropy zásadně neliší. I u nás je bohatá tradice hutnictví hlavně železných rud. Dokonce by se daly najít i ekvivalenty k romantickým až turisticky zajímavým haldám. Jednou z mnoha je malinkatý geologický skvost u Kutné Hory. Jde o haldu strusky z hutnické činnosti stříbrných rud. Fotografie z padesátých let zobrazuje neurčitou hromadu, která pomalu mizí v krajině a v pozadí je vidět významnou gotickou stavbu chrámu Sv. Barbory. Využití strusek se ale zaměřuje spíše na haldy vzniklé v posledních přibližně 150 letech. Nejvýznamnější deponie jsou na ostravsku a kladensku. Vedle hutnictví ale byly haldy využívány i ostatními průmyslovými podniky, což využití deponovaných materiálů značně ztěžuje. Situace je o to vážnější, že neexistuje evidence odpadů z doby minulé, nebo dokonce lokalizace odpadů. Množství je možné jen odhadovat podle statistik produkce bývalých podniků, eventuálně podle existence podnikových deponií, nádrží na kaly, apod. V umělých kopcích, které v krajině jasně vyčnívají, může být i radioaktivní odpad. Není to zatím potvrzené, ale zvýšené hodnoty radioaktivity tomu mohou nasvědčovat. Rozhodně to není vyloučené, protože v dobách socialistického průmyslu nebyla likvidace odpadů zodpovědně řešena. Z jakých důvodů se tak dělo, o tom by se dalo jen spekulovat. Pravděpodobně nebyly známá všechna rizika takového počínání. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 16

Typickým příkladem rozsáhlé haldy může být deponie sekundárních produktů z činností na území Kladna. Jde hlavně o činnosti na vysokých pecích v Koněvu. Deponie je známá jako tzv. Buštěhradská halda. Skládka se nachází v katastrálním území obcí Buštěhrad, Stehelčeves a Kladno-Vrapice. V současnosti se plocha staré části skládky udává okolo 50 ha (údaje se v jednotlivých pramenech různí) a objem uložených material se uvádí cca 15 miliónů m3. Souhlas s provozováním ukládání odpadů z kladenských oceláren byl vydán v roce 1949, provoz byl zahájen v roce 1951 (v archivních materiálech jsou určité nesrovnalosti ohledně zahájení provozu na skládce). Co se týče úpravy terénu před ukládáním, z původního povrchu terénu byla sňata ornice o mocnosti cca 0,35 m. Do podloží byly údajně vyhloubeny 3 jámy o celkové ploše cca 3 ha a odtěžený materiál byl použit na komunikační náspy. Tyto jámy byly posléze zavezeny ukládaným materiálem. Podloží nebylo žádným jiným způsobem upraveno. Východní část skládky o výměře od roku 1987 do roku 1990 využíval Kovošrot. Jednalo se o řízenou skládku v prostoru skládky Buštěhrad, která byla určená k ukládání tuhého průmyslového odpadu z provozu drtící linky a inertního krycího materiálu. Skládka byla na severovýchodním okraji. Provoz na staré části skládky byl ukončen v roce 1986, v témž roce byl zahájen provoz na severozápadní rozšířené části skládky. Poté byla provedena rekultivace staré skládky: snížení sklonu svahů ve východní části, překrytí skládky zeminou, zatravnění, výsadba keřovitých a stromovitých porostů, realizace závlahového systému. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 17

Rozhodující část materiálu skládky tvoří podle archívních podkladů odpady z hutního provozu, menší část pak průmyslový odpad z jiných podniků. Hutní odpady jsou vysokopecní a ocelářské strusky a kaly, teplárenské popílky a škvára. Ostatní průmyslový odpad je tvořen především kaly z ČOV, stavebním materiálem, betonářským odpadem, organickými zbytky, papírem, dřevem, textilem, gumou, plasty, odpady organické i anorganické chemie, upotřebenými oleji, atd. Tabulka udává přibližné množství majoritních materiálů v tělese haldy. Jde o údaje ze studie zpracované v roce 2003. Skládka ale obsahuje i značné množství odpadů z jiných průmyslových odvětví. Jde o různé dehty, fenolové vody, kaly z čističek vod, ale i část komunálního odpadu. Jejich množství je ale neurčité a není vůbec jisté, zda se ve skládce vyskytují. Kromě historie haldy je více zajímavá budoucnost a dění v nejbližším okolí. Vlivem stavebního rozvoje rodinných domů a ochotou malých obcí přijímat nové občany dochází k uměle vyvolaným stavům, které s existencí haldy kolidují. Řeč je o výstavbě rodinných domů v těsné blízkosti tělesa haldy a k vyvolaným protestům a peticím, které směřují k zastavení jakýchkoliv činností a nakládání s haldou. Přesto je v obecném zájmu dokázat tuto zátěž z minulosti likvidovat a dokázat vrátit stav pozemků do původního stavu. Tomu odpovídá srovnání dvou fotografií s odstupem přibližně 50 let. Těleso skládky a půdorysné ohraničení je jasně čitelné, také je možné identifikovat nové rodinné domy v obci Stehelčeves, které jsou zcela nesmyslně nalepeny na úpatí haldy. Podobně jako tomu bylo v německém Helbra, na začátku byla vize skládku zlikvidovat, udělat první pilotní projekt, udělat první krok, který by dokázal, že materiál odpadního charakteru může být cennou surovinou a může Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 18

zpomalit drancování primárních surovin. Ta vize byla zatracena hlavně díky diverzitě uložených materiálů, ale i kvůli tlaku různých občanských sdružení. V globálním měřítku je možné činnost takových aktivistů hodnotit jako zbabělé vyhýbání se zodpovědnosti. Tito lidé, kteří se v případě Buštěhradské haldy zcela bez rozmyslu a s požehnáním obce rozhodli postavit rodinný dům na úpatí skládky, jsou nyní proti záměru majitele haldy napravit nezodpovědné kroky našich předků. Protestující ekologičtí aktivisté radši budou dělat, že nevidí drancování přírody v dalekých zemích třetího světa, a budou blokovat významné aktivity k odstranění časované bomby. Jak bylo uvedeno výše, technologie, která umožní využití strusky jako aktivního pojiva, bude schopná zpracovat i kontaminované části částečně jako plnivo. Nově vzniklé solidifikáty budou konkurovat na trhu stavebních hmot a výrazně zpomalí těžbu primárních surovin. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 19

Existují i jiné alternativy na využití nového kopce. Od vyloženě kuriózních námětů až po opodstatněné využití strmých svahů. Nejkontroverznější záměr byl na vybudování sportovního areálu pro alpské lyžování. Utopická myšlenka krytého areálu s několika sjezdovkami byla snad inspirovaná umělým svahem v Dubaji. Další záměry se tématicky točily okolo rekultivací pomocí zeleně, například pomocí speciálních druhů topolů nebo čínských pawlownií. Rychle rostoucí dřeviny by svými kořeny dokázaly zúrodnit alespoň metrovou vrstvu krycí zeminy. Stromy by bylo možné v časových intervalech 5-10 let sklízet pro energetické účely. Záměry vybudování parku v podstatě nemusí vyžadovat velké investice a náročnost, protože již dnes je halda a její okolí útočištěm řady živočišných druhů, od savců jako jsou lišky a zajíci až po bažanty a různé druhy žab. Vůbec nejblíže bylo ke zbudování solární elektrárny, neboť prudké svahy nabízí nejen skvělé světelné podmínky a solární zisky, ale nabízí i výrazné úspory na podpůrných konstrukcích. Přesto je štěstí a velký pokrok, že majitel nepodlehl tendenčním tlakům a stále počítá s tím nejkomplikovanějších ale nejzodpovědnějším řešením, a to s rozebráním a likvidací. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 20

TECHNOLOGIE GEOPOLYMERŮ Úvodní část studie obecně popisuje vznik a složení kopcovitých útvarů, které vznikaly v sousedství hutního průmyslu. Pokud jsou deponie čistě jednosložkové a skládají se jen z jednoho druhu materiálu, je možné tyto materiály využít. Jde o čistou strusku, která se hojně používá do betonů. Role strusky v betonu je víceméně pasivní jako plnivo, eventuálně dokáže nepatrně ovlivnit chování tuhnutí směsi a stádia pevnosti. Z dalšího hlediska hraje roli ekonomická náročnost, struska je jako odpad, tedy nulový vstup (v porovnání s plnivy z pískoven a štěrkoven). Existuje však technologie, která je poměrně nová a v průmyslovém nasazení téměř neexistuje. Jedná se o tzv. alkalicky aktivované alumosilikáty. Materiály s určitým obsahem oxidů křemíku a hliníku jsou schopné za určitých podmínek vytvářet stabilní a odolný solidifikát, který je amorfní a má polymerní strukturu. Tato definice je velice obecná a zdaleka nepopisuje problematiku a chemické reakce, ale naznačuje, že výzkum tímto směrem je správnou volbou. To je možné prokázat i na několika prvních pokusech pilotních výrobků ze směsí deponované strusky. Alkalicky aktivované materiály jsou materiály na rozhraní mezi klasickými hydratovanými anorganickými pojivy a mezi skelnými a keramickými materiály. Na rozdíl od organických polymerních látek jsou anorganické polymery nehořlavé, odolávají vlivu vysokých teplot bez emisí toxických látek, jsou otěruvzdorné a mají vysokou adhesi ke kovům, keramice, ale i ke dřevu. Základní rysem přípravy anorganických kompozitů je syntéza, při níž, na rozdíl od výroby cementu a dalších anorganických pojiv, není nutný vysokoteplotní pálicí proces (tavení, slinování). Potenciální výrobou hmot by nevznikaly emise CO 2, jež jsou jinak nežádoucím a nevyhnutelným produktem klasické výroby cementů a vápna. Absence pálicího procesu při výrobě anorganických kompozitů znamená také snížení nebezpečí emisí těžkých kovů, k nimž dochází užitím alternativních paliv při výrobě cementu. Výchozí suroviny pro přípravu nových kompozitních materiálů na bázi alkalické aktivace alumosilikátů mohou být jak přírodní jíly a jim blízké horniny, tak především odpady z anorganických a energetických výrobních procesů. Do této skupiny patří elektrárenské popely, strusky z metalurgie železných a některých neželezných kovů Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 21

(např. hliníku). Technologie jakoby šitá na míru haldám podobným té buštěhradské. Syntéza kompozitů s definovatelnými konečnými vlastnostmi, využívající rozsáhlé spektrum výchozích surovin, skýtá netušený potenciál nových materiálů. Anorganické kompozity se stávají perspektivním médiem, a to jak z aspektu nízkých energetických vstupů a tedy i nízkých provozních nákladů, tak i příznivých fyzikálních a chemických parametrů. LIKVIDACE OSTATNÍCH ODPADŮ Česká republika patří mezi země s vyspělým systémem likvidace odpadů. Vstupem do Evropské unie ale došlo ke zpřísnění příslušných norem. Kompozitní struskové hmoty nabízí řešení právě v oblasti recyklace problematických látek. Mezi takové patří zejména produkty spalování komunálního odpadu a materiály, jejichž recyklace je energeticky a finančně náročná. S tím souvisí i likvidace odpadů ze skládek, které vznikly v minulosti. Na co se zaměřit, co trápí nejenprahu. Tradiční poskytovatel služeb v oblasti komplexního sběru odpadu Pražské služby a.s. provádí třídění, využívání a zneškodňování odpadu. Při této činnosti důsledně uplatňuje environmentální politiku založenou na těchto zásadách: ochrana životního prostředí je stejně důležitá jako hospodářské výsledky, základním prvkem konání je koncepční řešení odpadové politiky včetně prevence, dodržování legislativních požadavků na ochranu životního prostředí je základ pro neustálé zlepšováni stavu životního prostředí, vedení společnosti musí být garantem neustálého zlepšování a prevence znečišťování, neustálá obnova veškeré techniky včetně zdokonalování informačních a řídících systémů je klíčovým faktorem pro poskytování kvalitních služeb současně s minimalizací dopadů na životní prostředí, otevřená komunikace, neskrývaní a nezamlžování informací nejenom v oblasti ekologie je základ pro budování korektních vztahů s jakýmkoliv komunikativním partnerem, ve vztazích s našimi dodavateli nelze opomenout oblast životního prostředí. PROCES LIKVIDACE ODPADU Akciová společnost Pražské služby má smlouvou celoročně zajištěno několik likvidačních kapacit jak na směsný, tak i na tříděný odpad. V současné době již převážně tepelně využívá směsný odpad ve vlastní spalovně komunálního odpadu. Společnost se chce ve spolupráci s MHMP a obvodními úřady co nejvíce přiblížit Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 22

celosvětovému trendu problematiky redukce odpadu. To znamená, pro ochranu životního prostředí, vzniku odpadu co možná nejvíce zabránit. Snahou je maximum odpadu znovu zhodnotit, zbytek využít termicky pro výrobu tepla (páry) a teprve až co nelze dále využít, likvidovat skládkováním. Spalovna komunálního odpadu je zařízení, ve kterém se odpad využívá jako palivo pro výrobu tepelné energie. Je to výtopna, kde se místo spalování fosilních paliv spaluje komunální odpad a vyrábí teplo, které je posléze využíváno pro technologické účely, anebo pro ohřev teplé užitkové vody a vytápění domácností. Spalovny jsou nákladná zařízení v hodnotě několika miliard korun. Na jejich vybudování je třeba vynaložit prostředky v relativně krátkém čase, což je vnímáno veřejností jako nevýhoda, přestože asanace skládek při srovnání obou modelů nakládání s odpadem v budoucnu bude dle odhadů podstatně dražší. Spalovny jsou veřejností vnímány jako spíše zatěžující průmyslové objekty, než jako přínos pro životní prostředí. To však není vinou spaloven a jejich řešení, ale nedostatkem objektivní informovanosti občanů. Pro termické využití odpadu hovoří fakt, že se spalováním snižuje objem odpadů až na 10% původního objemu a váhově až na 30% původní váhy, tedy se razantně sníží množství odpadu ukládaného na skládky. Vždyť jenom vyčlenění pozemku pro vybudování skládek a následně jejich zabezpečení proti spontánnímu samovznícení nebo znečištění spodních vod představuje značné ekonomické zatížení. V odpadu, Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 23

který je odvezen na skládky bez spalování, probíhají chemické reakce závislé na tom, jak kvalitně je skládka provedena a provozována. Některé z těchto reakcí nejsou zcela zmapovány. Tyto chemické reakce na skládce nespáleného odpadu probíhají i 30 let po ukončení provozu skládky a představují tak reálné nebezpečí dalších ekologických škod pro příští generace. Termické využití odpadu spalováním má na rozdíl od skládek také energetický přínos: výhřevnost směsného komunálního odpadu se v naší spalovně pohybuje od 8 do 12 MJ/kg, což znamená, že je srovnatelná s výhřevností energetického uhlí. Z energetického hlediska je plýtvání, když se v severních nebo západních Čechách palivo o podobné výhřevnosti těží za vysokých nákladů ze země a jinde se palivo o srovnatelné výhřevnosti do země s dalšími náklady ukládá. Základem technologického zařízení jsou čtyři kotle s válcovými rošty. Každý z nich umožňuje spálit až 15 tun odpadu za hodinu. Každý z kotlů vyrobí za hodinu max. 36 tun páry o teplotě 235 C a tlaku 1,37 MPa. Pára je dodávána do energetické sítě Pražské teplárenské a. s. Roční předpokládané množství spáleného odpadu je 220 000 tun, tomu odpovídá dodané teplo do sítě PT a.s. v ročním objemu 1,2 x 10 6 GJ. Spálením projektované kapacity 310 000 tun TKO ročně vznikne cca 78 000 tun škváry a cca 8 000 tun tuhého odpadu z čištění plynu a vytřídí se 7 500 tun železného šrotu. Škvára, tj. zbytek po spálení odpadu, není nebezpečným odpadem a vyprodukovanou škváru je možné 100% recyklovat. Škvára se roztřídí na 2 frakce (0-16 mm a 16-32 mm) s možností dalšího využití ve stavebnictví. Recyklace probíhá dle platné ČSN 72 2051. Pokud se výše zmíněný produkt spalování skombinuje s novým pojivem, bude možné dosáhnout téměř nulového množství materiálu, který by bylo nutné ukládat na skládky. Hlavním argumentem je schopnost nových kompozitů vázat toxické látky do chemického řetězce. Takové výrobky vydrží stovky až tisíce let. SKLO Z OBRAZOVEK Mezi významnou položku v odpadovém hospodářství patří nesporně sklo. Pouze malá část tohoto odpadu je vhodná pro recyklaci, a to pouze v případě, že projde náročným procesem třídění. Podobně je tomu i v případě televizních obrazovek a počítačových monitorů, kde je nutná časově a technicky náročná demontáž. Pro uplatnění takového skla jako plniva do nových hmot by nebylo nutné třídění a složitá demontáž. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 24

V Praze existuje největší dílna na demontáž dosloužilých obrazovek. Roční kapacita linky je 40 000 kusů, při kterém se vrátí k recyklaci 440 tun skla roztříděného na 3 druhy sklo stínítkové, kónusové a sklo z ČB obrazovek. Na začátku demontážní linky ukládá obsluha televizory a monitory na vstupní válečkový dopravníkový pás. Zde je odmontován zadní kryt a provedeno zavzdušnění obrazovky. Televizor pokračuje do ofukovací kabiny, ve které pracovník provede očištění vnitřního prostoru demontovaného přístroje. Po základní demontáži jsou samotné obrazovky uloženy na akumulační válečkový pás odkud putují na pracoviště pro oddělení ochranného rámu proti roztříštění. Tady dojde k odstranění zpravidla kovového ochranného rámu, který je umístěn (nalepený či zalitý) nad spojem mezi částí kónusu a stínítka (pájený šev u barevných obrazovek, tavný přechod u ČB obrazovek). Zároveň se ručně odstraní nekovové části na kónusu a elektronové hrdlo. Další krokem je oddělení kónusové a stínítkové části samotné obrazovky. Jedná se o automatizované pracoviště, které je vybaveno průmyslovým počítačem (SPS), přes který běží veškeré pracovní kroky oddělování obrazovky uprostřed pracovní plochy. Po nastavení výšky se obrazovka speciálním vrypovacím nožem nařízne, aby bylo zajištěno přesné prasknutí obrazovky. Naříznutí rovněž minimalizuje nezbytnou dobu zahřívání. Po naříznutí se obrazovka opět sevře dvěma svěracími čelistmi a až do skončení zpracování zůstává mezi svěracími válci. Po sevření se kolem obrazovky přímo na linii vrypů uloží dva paralelně zapojené zahřívací pásy. V závislosti na velikosti obrazovky stanovené počítačem SPS automaticky nastaví hodnoty přiřazené pro zahřívání a jeho Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 25

dobu. Po ukončení procesu zahřívání a puknutí obrazovky sejme obsluha kónus, odstraní plochou masku (pouze u barevných obrazovek) a odíráním a odsáváním pomocí speciálního průmyslového odsavače odstraní vrstvu luminiscenční látky ze stínítka. Tím je proces recyklace stínítkového skla obrazovky ukončen a je možné jej opět použít k výrobě obrazovkové skloviny. Barevné obrazovky jsou složeny ze dvou částí stínítka (barnaté sklo) a kónusu (olovnaté sklo). Sklovina kónusu je pokryta napařeným hliníkem nebo grafitem s akrylátovou vrstvou pojiva. A právě tato vrstva je odstraněna pomocí ocelového písku na tryskacím zařízení. Stavební suť Současná legislativa ukládá stavebníkovi likvidovat stavební suť jako nebezpečný odpad. Není možné použít materiál na zavážku, ani na vyrovnání terénních nerovností. Proto se musí tento druh odpadu odvážet za poplatek na speciální skládku. Výjimkou jsou sběrné dvory, které stavební suť přijímají zdarma. Je zde ovšem limitované množství, většinou do 1 m 3. Současný systém a neukáznění občané jsou příčinami vzniku černých skládek. Pokud se suť neroztřídí, končí většinou na skládkách. Obsahuje totiž nežádoucí materiály, například azbest, sklo, asfalt, dřevo, a jiné. V dnešní době se tříděná stavební suť používá jako plnivo do různých prefabrikátů. Roztříděnou suť dělíme na dvě základní skupiny, betonovou suť a cihelnou suť, která dále obsahuje zbytky malty. Takové materiály je možné použít i jako plniva do kompozitů. Zvýší-li se poptávka po Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 26

tříděné suti, bude možné nabídnout drobným stavebníkům odvoz suti zdarma. Tím se výrazně sníží počet černých skládek. Další alternativou, která by využila netříděnou stavební suť, je rozdrcení celé směsi. Výsledná drť by se následně obalila v pojivu. Výsledným produktem by byl granulát, který by již bylo možné použít jako podsypový materiál, nivelační granulát, nebo jako plnivo. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 27

MINERÁLNÍ MATERIÁLY Tato kategorie hmot využívá plniva, která není možné charakterizovat jako odpadní, ale jsou k dispozici v hojném množství. Minerální plniva se budou používat pro výrobu aglomerovaného kamene. Ačkoliv je na našem území mnoho druhů hornin, bude výzkum zaměřen převážně na tři nejvíce rozšířené minerály. Těmi jsou pískovec a vápenec, dvojice je doplněna o opuku, charakteristickou nejvíce pro pražský region. Písek Písek je hornina usazená. Barva je světlá, od bílé až po žlutavou a hnědou. Osahuje zrna o průměru od 0,05 mm do 2 mm. Největší množství zrn tvoří křemen, poněvadž je ze všech běžných nerostů nejodolnější proti zvětrávání. Dále může písek obsahovat zrna živce, rohovce, křemence a lístky slídy. Nepodstatnou, ale vždy v písku obsaženou složkou jsou těžké nerosty, např. turmalín, granát, zirkon, korund, zlato, platina. Zrna písku mohou být ostrohranná až zakulacená, což záleží na odolnosti nerostů, způsobu a délce přemísťování. Písky tvoří v přírodě vrstvy a souvrství. Písek je hornina sypká a usazená z rozrušených hornin. Písky starší než třetihorní byly během doby zpevněny v pískovce. U nás jsou písky běžným těžebním materiálem a jejich využití je mnohostranné. Nejvíc písku se spotřebuje ve stavebnictví, ale některé druhy ve slévárenství, v cihlářství jako přísada k jílu, ve sklářství (čisté křemité písky bez sloučenin železa), jako brusný materiál a jako součást glazur a emailů. Někde se mimo písků těží lehce rozpadavé pískovce. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 28

Vápence Vápence jsou skalní horniny, složené převážně z kalcitu(caco 3 ). Barva vápenců bývá bílá,světle až tmavě šedá, mohou být zbarveny i do červena, žluta nebo zelena. Kalcitové žilky jsou vždy bílé. Kvalita vápence, jako suroviny k výrobě cementu, je zpravidla určována procentuálním zastoupením kalcitu, kterého by mělo být nejméně 50%. Z dalších minerálů bývá přítomen minerál dolomit, klastická příměs a případně i jílové nerosty. Vápence se používají k výrobě vápna a cementu, jako kamenivo pro různé stavební účely, jako stavební kámen kusový i opracovaný, některé druhy se brousí a leští k dekoračním účelům. V Čechách patří k významným lomařským oblastem okolí Berouna, na Moravě okolí Brna a Hranic na Moravě. Několik drobných lomů je i v Nízkém Jeseníku. Zvláštní typ vápence je zastoupen v tzv.vnějším bradlovém pásmu. Jedná se o pruh osamocených ker, které vystupují mezi Mikulovem a Štramberkem. Tvoří je příměsi illitu a případně ibitumenu. Vzhledem k tomuto minerálnímu složení, vykazuje dolomit s HCl pouze slabou reakci a tím se liší od čistých vápenců. Dolomity se výborně hodí na stavební kámen a k výrobě žárovzdorných cihel, a pokud neobsahují železo a mangan, používají se v keramice a sklářství. Opuka Opuka je hornina usazená. Barva je bělošedá, nažloutlá nebo žlutohnědá. Je to v podstatě písčitý vápnitý jílovec (dříve zvaný slínovec). Obsahuje často křemité jehlice Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 29

hub. Stavba je na vzorku všesměrná; v přírodě tvoří lavicovité vrstvy o značné mocnosti. Vrstvy vznikly usazením a zpevněním jílovitého, vápnitého a písčitého materiálu v druhohorní době. Název opuka se stal běžným pro náš křídový písčitý a vápnitý jílovec. Opuka je velmi rozšířenou horninou českého křídového útvaru táhnoucího se z Polabí až na Moravu k Blansku, vyskytuje se v Praze a okolí. Používá se jako stavební kámen. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 30

TESTOVÁNÍ HMOTY A VÝROBKŮ Byla provedena měření vybraných vzorků deponovaného materiálu z tělesa buštěhradské haldy. Materiály byly dále zpracovány technologií alkalicky aktivovaných alumosilikátů ve formě menších stavebních prefabrikátů. Důraz byl kladen na využití odpadů na bázi popílků a strusek. PROBLEMATIKA POPELŮ Spalování hnědého uhlí, případně uhlí černého, tzv. proplástků černého uhlí nebo spalování tzv. energetického uhlí pro účely výroby elektrické energie a tepla představuje na jedné straně zajištění výroby elektrické energie a tepla a na druhé straně vzniká značné množství odpadu popela a popílku, které se jako druhotný materiál využívá jen ve velmi malé míře. Podle typu a druhu uhlí a podle druhu a typu spalovacích procesů se liší chemické složení odpadových produktů. Zásadně je třeba odlišit popely, tj. spálené uhelné zbytky z roštů klasických kotlů a popílky, které jsou jemnou a velmi jemnou frakcí popelů unášených spalinami do komínů. Tyto frakce jsou zachycovány budˇ v textilních filtrech nebo elektrofiltrech a liší se od popelů nejen velikostí frakce, ale i chemickým složením. Vzhledem k technologii spalování v různých energetických zařízeních jsou k dispozici popely a popílky z klasického spalování uhlí a popely a popílky z tzv. fluidního spalování. V obou případech je dnes ekologickou podmínkou aby odcházející spaliny obsahovaly jen minimální množství škodlivin, tj. aby byl maximálně snížen obsah oxidů síry ve spalinách. To se dosahuje u klasického spalování uhlí klasické kotle, tak, že spaliny procházejí vodní suspenzí uhličitanu vápenatého a oxidy síry jsou zde zachycovány při současné tvorbě tzv. energetického sádrovce (CaSO 4. 2H 2 O). Druhý způsob je uvedené fluidní spalování, kde je drcený a jemně rozptýlený uhličitan vápenatý přidáván do spalovaného uhlí a při teplotě hoření uhlí se karbonát rozkládá a vysoce aktivní CaO se ihned váže na oxidy síry za vzniku anhydritu (CaSO 4 ), který je výrazným podílem konečného produktu spalování ve fluidních kotlích. Z tohoto krátkého přehledu je zřetelné, že uhelné popely a popílky nejsou standardní a jednotnou surovinou, ale nejen podle původního typu uhlí ale i podle typu spalování se liší jak chemické složení takové druhotné suroviny, tak i získávané koncové produkty. V klasickém spalování jsou používány zásadně vyšší teploty Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 31

spalování a produkty obsahují jak zbytkový uhlík, tak jednoduché skelné fáze a další nespalitelné látky (SiO 2, různé oxidační formy železa a železitých komponentů). Velmi malé až neidentifikovatelné jsou obsahy CaO a dalších alkálií, které jsou obsaženy především v jednoduchých sklech. Proti tomu produkty fluidního spalování (tzv. ložový popel) neobsahují žádné skelné fáze a vedle aluminium-silikátů jsou výraznými podíly síran vápenatý (anhydrit), zbytkový karbonát vápenatý (CaCO 3 ) a reaktivní CaO, jako produkt rozkladu původního vápence přidávaného k uhlí. Teploty spalování ve fluidní vrstvě jsou nižší maximálně kolem 820 C a částice uhlí i vápence procházejí fluidním polem několikrát. Tzv. ložový popel má zásadně odlišné složení dané právě přítomností vápenatých složek na rozdíl od popílků stejné technologie, kdy tato velmi jemná frakce je složena převážně z aluminium- silikátů a opět bez přítomnosti skelné fáze. U popílků z fluidního spalování je výrazný rozdíl v tom, že prakticky neobsahují tzv. nedopal. Obsah uhlíku je nižší než 0,2 hm. %. METODIKA A PRŮBĚH TESTŮ Základní záměr byl tedy soustředěn na možnosti uzavření a zakomponování deponovaných popelů z obou druhů spalování do polymerních matric vytvořených z klasických alumosilikátových materiálů na straně jedné, a z odpadových jílových materiálů z keramických výrob na straně druhé. Bylo zjištěno, že množství popílků, tedy podílů získávaných z filtrů nebo elektrofiltrů výrazným způsobem zatěžuje životní prostředí a způsobuje neustálé rozšiřování úložných ploch. Bylo také zjištěno, že úletové popílky jsou vhodným a vynikajícím plnivem polymerních matric v množství, které dosahuje až 60 hm. % v objemu solidifikátů a to ať již se jedná o popílky z klasického spalování, kde se objevují jednoduchá skla, jak je vidět na obrázku, kde je jednoznačně identifikovatelný kulovitý zelený útvar takového skla, nebo ze spalování fluidního. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 32

Úletový popílek z fluidního spalování vzhledem k vysokému měrnému povrchu pak lze s výhodou zabudovat do polymerní matrice s tím, že předpokladem je částečné zreagování povrchu popelkových částic s tvořenou polymerní matricí. Vychází se ze studie mikroskopického měření v pevné fázi analýz Al, kdy bylo zjištěno, že při nízkých teplotách spalování (820 C) je převážná většina hliníkových iontů orientována v koordinaci 4, tedy podobně jako u tepelně aktivovaných jílových dvojvrstvých minerálů. Tím je zaručeno, že hliníkový iont bude v alkalickém prostředí vytvářet spolu s ionty 28 Si prostorové nekonečné sítě. Jednotlivé tetraedrické formace jsou propojeny přes kyslíkové můstky a negativní náboj čtyřkoordinovaného hliníku je vyvážen přítomností alkalického kovu (Na+ nebo K+), který je do reakce dodáván ve formě vodných roztoků těchto kovů. Situaci dokumentuje následující obrázek, je to poloha vrcholu křivky analýzy, kde je výrazný posun z původní *6+ koordinace v oblasti 0 do oblasti 58 ppm, kde je kodifikován hliníkový iont jako *4+ koordinovaný. Pozice (ppm) 66.30 integral: 3.44 % Pozice (ppm) 59.25 integral: 74.57 % Pozice (ppm) 4.25 integral: 16.04 % Pozice (ppm) 9.41 integral: 5.95 % Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 33

Je patrné, že takřka 75 hm. % hliníkových iontů je transformováno tepelnou energií spalování na koordinaci tetraedrickou, což má zásadní význam pro alkalickou aktivaci a vstup takového typu popílků do vytvářené polymerní struktury nového kompozitu. Podobně i křemíkový iont popílku vykazuje posuny na mikroskopické ananlýze s výraznou afinitou k tvorbě prostorové nekonečné polymerní sítě. Jako v případě tepelně aktivovaných alumosilikátových minerálů kaolinitického typu se v přítomnosti alkalického vodního roztoku a popílků tvoří nejdříve zárodky monomerní hydratované struktury, které se při normální teplotě a tlaku dále propojují do delších a delších strukturních řetězců a polykondenzační proces pokračuje do vzniku solidifikátu celého objemu materiálu. Popílky tak jsou i přes různorodost vzniku a rozdíly v chemickém složení, příkladně podle druhu a typu uhlí, ale i podle způsobu zpracování, vhodným materiálem pro kompozitní polymerní syntézy a vzhledem k vysokým měrným povrchům lze důvodně předpokládat, že vstupují do aktivní reakce tvorby polymerní sítě. Navíc bylo experimentálně prokázáno, že i v kombinaci s 20 30 hm. % křemenného písku vytvářejí velmi rezistentní solidifikáty s vysokou mechanickou pevností vhodnou pro účely stavebních technologií. Jako u jílových surovin transformovatelných na polykondenzáty je u popelkových směsí zaručeno, že jsou vysoce odolné proti vysokým teplotám a i změnám teplot a současně bylo prokázáno, že anorganické komponované hmoty nevydávají žádné zplodiny ani neuvolňují žádné plyny. Experimentální laboratorní analýzy popelů z buštěhradské haldy, tedy popely skládkované (Buštěhrad) jsou uvedeny v tabulce v příloze, a jsou uváděny jak základní chemické rozbory, tak i rozbory výluhů těchto popelů. Výluhy byly prováděny v destilované vodě po dobu 24 hodin ze vzorků připravených z různých druhů vstupních materiálů s tím, že vzorky byly nadrceny na analytickou jemnost. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 34

Z přehledu uvedeného shora je patrné, že poněkud jiná bude situace u popelů, tzv. ložových z fluidního spalování, kde se objevují výrazné podíly vápenatých podílů a to ve formě částečně rozpustných síranů vápenatých ( - CaSO4), dále reaktivního podílu CaO a zbytků původního vápence. V těchto případech je polymerní reakce ovlivněna zmíněnými látkami a je třeba tyto typy popelů studovat i z pohledů vznikajících konečných fází a případných změn těchto fází, ke kterým dochází časem. Obecně platné poměry mezi reagujícími ionty základních polymerních soustav, tedy platné pro kaolinitické jílové minerály, vyjádřené v molárních poměrech SiO2 : Al2O3 nebo Na2O : Al2O3 a konečně i H2O : Na2O, které jsou více méně stabilizovány, se u popelů s vysokým obsahem vápenatých složek výrazně mění. Pro jílové materiály je prakticky stanoveno: Molární poměr SiO2 : Al2O3 v rozsahu 1 4 : 1 Molární poměr Na2O : Al2O3 v rozsahu 0,7 1,3 : 1 Molární poměr H2O : Na2O v rozsahu 16 11 : 1 Podle druhu a typu připravovaného materiálu, pak v případě různých popílků a popelů je třeba vždy posoudit, zda popílek, případně popel bude základní, tedy nosnou složkou nového materiálu nebo bude přidán do klasického jílového polymerního kompozitu jako plnivo s cílem jeho inhibice a uzavření do prostorové sítě tak, aby výluhy takového konečného materiálu dokázaly snížení nežádoucích obsahů těžkých kovů apod. Bude-li však popílek nebo popel základem polymerní syntézy pak vždy záleží na jeho složení a molární poměry složek musí vzít do úvahy i případné vápenaté komponenty nebo komponenty, které mohou vznikat zde je třeba si všímat především tvorby primárního ettringitu (6 Ca(OH)2.Al2(SO4)3.26 H2O), jehož vznik byl u ložových popelů potvrzen XRD analýzou a jehož dlouhodobá stabilita je vázána na ph celé soustavy, množství vody. Navíc bylo zjištěno a potvrzeno experimentálními analýzami, že jeho množství se časem mění za vzniku nových fází aragonitu (CaCO3) a basanitu (CaSO4. ½ H2O) a s největší pravděpodobností za vypadávání hlinitého gelu Al(OH)3 při postupné ztrátě vody v neutrálním prostředí solidifikátu. Z molárních poměrů uvedených shora a platných pro jílové minerály kaolinitického typu je zřetelné, že je-li kaolin definován jako hornina obsahující převážně jílový minerál kaolinit ve složení Al2O3. 2 SiO2. 2 H2O, pak dosažení zmíněných poměrů Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 35

je poměrně snadné zde je molární poměr SiO2 : Al2O3 vždy roven 1 : 1 a syntéza je alkalickou aktivací takřka standardní. U popelů a popílků se molární poměry SiO2 : Al2O3 mění podle druhu a typu uhlí. Jak bylo uvedeno mění se i způsobem spalování přítomností řady dalších krystalických fází, které mohou, a skutečně ovlivňují, základní polykondenzační reakce. V případech, kdy popely a popílky vystupují v roli plniva, které jen parciálně zasahuje do tvorby polymerní sítě tvořené základní jílovou složkou, pak dochází ke vzniku velmi pevných a stabilních kompozitů. Popely a popílky jsou plně zabudovány do prostorové sítě a částečně do ní chemicky navázány, což zvyšuje mechanické vlastnosti především pevnost v tlaku prostém. Jsou-li však použity samostatně především popílky z elektrofiltrů, resp. textilních filtrů jako základ polymerních soustav a kompozitů pak je zpravidla molární poměr SiO2 : Al2O3 nepravidelný, často velmi proměnlivý a musí být počítán případ od případu. V takovém případě by praktická technologie byla vždy v přímé závislosti na okamžité analýze jak chemické, tak zjištění jsou-li skutečně hliníkové ionty v té koordinaci, kterou polymerní syntéza vyžaduje. To se jeví jako velmi nepraktické hledisko. I když je laboratorně taková syntéza teoreticky i prakticky proveditelná, není v průmyslovém měřítku stabilní. Bylo však experimentálně potvrzeno, že pro základní syntézu není nutné vycházet z čistých jílových složek, ale že je někdy dokonce s výhodou použít jílový kaolinitický odpad a jako plnivo pak dodat popílky a/nebo popely. Vznik stabilních látek je podstatně jednodušší a není třeba každou dodávku popílků/popelů podrobovat zkoušení a zkoumání před zahájením syntézy. Stabilní solidifikát je zobrazen na obrázku s popílkovým kompozitem s křemenným pískem v jílové bázi Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 36

JINÉ PRODUKTY SPALOVÁNÍ V PRŮMYSLU Při využívání jiných látek, kterými mohou být např. strusky, jako základu polymerních reakcí mohou být používány především strusky vysokopecní, kde z hlediska průmyslového uplatnění mají základ v některých rozpracovaných studií uvedených v příloze použité literatury. Vysokopecní strusky však vedle přímého užití jako prekursoru jsou použity i jako velmi vhodné plnivo do polymerních bází jílového základu. V takovém případě lze připravit vhodné kompozitní materiály s množstvím až 55hm. % strusek v celkovém objemu solidifikátu. Podobně jako v případě některých druhů popílků lze důvodně předpokládat, že část jemných a velmi jemných frakcí se zúčastní části strusek přímé chemické vazby a vstoupí do tvorby polymerních řetězců další podíly jsou potom inkorporovány a uzavřeny ve stabilních a pevných vazbách tetraedrické sítě. Jiné složení než vysokopecní strusky mají strusky ocelářské (testovány byly strusky z haldy Kladno-Buštěhrad), kde jsou větší množství železitých aglomerátů a železnatoželezitých krystalických fází. Pro polymerní kompozity představují velmi vhodný plnící materiál směsí jílové báze, kde vznikající solidifikáty plně inhibují a uzavírají kovové ionty a taková polymerní síť vykazuje vyšší pevnosti v tlaku prostém. Takové směsi jsou velmi ochotné vytvářet variace pomocí různých druhů plniv a také formou napěnění. Podle stávajících zkušeností je pravděpodobně průmyslově výhodnější systém přídavku strusek, a to ať již vysokopecních nebo ocelářských jako aditivum než jako přímý polymerní základ již z toho důvodu, že v opačném případě je třeba použít vysoce koncentrovaných roztoků alkalických hydroxidů (NaOH, KOH) což v průmyslové praxi může vytvářet praktické problémy (bezpečnost práce, práce s koncentrovanými louhy, nutnost zaměstnávat vysoce kvalifikované pracovníky atp.). VÝSLEDKY TESTŮ Bylo prokázáno, že polymerní syntézy nového kompozitu mohou dávat velmi uspokojivé výsledky pro výrobu stavebních hmot za předpokladu, že budou obsahovat až 60 hm. % popílků a popelů ze spalování hnědého nebo černého uhlí. Vzhledem k různým druhům technologického procesu spalování se ukazuje, že především popílky z elektrofiltrů/ textilních filtrů mají vzhledem k vysokému měrnému povrchu a tedy i značné reaktivitě velmi dobré možnosti stát se výborným Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 37

plnivem polymerních směsí a jak je uvedeno, předpokládá se i jejich částečné zapojení do vznikajících polymerních struktur a tím zlepšení mechanických vlastností kompozitu. Samostatným problémem je technologie zpracování tzv. ložových popelů fluidního spalování, kde ve směsi jsou mimo jiné i vápenaté sírany, uhličitany a oxidy. Tím se výrazně takové popely liší od popelů získávaných z klasického spalování. Pro stabilní a průmyslově využitelné polymerní syntézy těchto popelů bude třeba dalšího úsilí. V případě strusek je podobně jako v případě popílků možné jejich přímé využití jako polymerního kompozitu ale z praktického hlediska bude s největší pravděpodobností výhodnější využít alumosilikátový základ (vzhledem k přesné definici materiálu) a inhibovat strusky ve vytvářených polymerních sítích s tím, že vznik chemických vazeb se předpokládá i mezi plnivem a základní strukturou jílové báze. Tuto myšlenku podporuje stabilita takových kompozitů a jejich mechanické vlastnosti. Zkušebním výrobkem byla klasická cihla 300x150x75. Měření na základní fyzikální vlastnosti vyhověly požadavkům technických norem a srovnatelné hodnoty s konkurenčními výrobky. Jde zejména o pevnost v tlaku, tepelně izolační vlastnosti, pórovitost, apod. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 38

MOŽNOSTI POUŽITÍ Struskové kompozity se uplatní bez nadsázky téměř ve všech činnostech člověka. Mezi hlavní atributy základní hmoty patří snadné zpracování za normálních teplot, vysoká pevnost (vyšší než u portlandských cementových betonů) a především absolutní nehořlavost včetně odolnosti vůči tepelnému šoku. Další saturace použití přímo souvisí s použitými plnivy a poměrem složek v pojivu. Asi největší objem použití kompozitů lze předpokládat ve stavebnictví. Kombinace s různými druhy vláken může nahradit řezivo a značně omezit exploataci zelených porostů. Kompozit s uhlíkovými vlákny je schopen plně zastoupit plastové výrobky a zároveň je doplnit o nehořlavost. Takový materiál může být nasazen i v automobilovém a leteckém průmyslu. Existuje samozřejmě celá řada oborů, kde nový výrobek dokáže plnohodnotně nahradit tentýž produkt doposud vyráběný z ekologicky nepříznivého materiálu. Kromě výše uvedené skupiny oborů, jejichž produkty chápeme jako spotřební zboží, existuje další oblast využití s vyšším strategickým cílem. Kompozity dokáží zakonzervovat toxické a radioaktivní odpady na mnoho tisíc let, což je v případě cementových betonů v dnešní době téměř nemožné. Kompozity vznikají za použití převážně odpadních látek, resp. nezávadných, ale nepotřebných látek jako jsou elektrárenské popílky, druhojakostní kaoliny a řada dalších. Pojiva se využívají s kamenným agregátem při výrobě velmi tvrdých Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 39

solidifikátů nebo s uhličitými vlákny na výrobu nehořlavých směsí. Takové směsi mají hlavní specifické vlastnosti: snadno se vyrábějí, práce s nimi není namáhavá, nevyžaduje vysokou teplotu, mají větší tepelnou toleranci než organické směsi, (testy prokázaly, že uhličité směsi vůbec nehoří), mechanické vlastnosti odpovídají organickým směsím navíc odolají organickým rozpouštědlům (poničí je jen silná kyselina chlorovodíková). Tato nová generace materiálů, ať již čistých, s různými plnidly nebo vyztužených, již nachází své místo ve všech průmyslových oborech, například v automobilovém nebo leteckém, ve slévárnách neželezných kovů a metalurgii, ve stavebnictví, průmyslu plastických hmot, zpracovávání odpadů, umění a dekoratérství, vybavování budov, atd. Materiály jsou prokazatelně použitelné například pro bezpečné odlévání žíravých slitin hliníku a lithia (Al/Li), kompozitní kostry jsou součástí vybavení některých atomových elektráren, kde poskytují ochranu zařízení až do 500 C nebo průmyslových budov až do 1200 C. Ani některé teamy závodů Formule 1 se nebrání použití anorganických kompozitů při konstrukci tepelného štítu svých strojů a anorganické kompozity se začínají stávat také běžným materiálem při zabezpečování nehořlavosti v leteckém i zbrojním průmyslu. Alkalicky aktivované cementy jsou využívány zkušebně již téměř 20 let na stavby a opravy přistávacích a odletových drah, průmyslového dláždění silnic i dálnic. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 40

STAVEBNICTVÍ Pravděpodobně nejvyšší míru využití může mít nová hmota ve výstavbě. Vzhledem ke svým fyzikálním parametrům bude moci nahradit veškerý sortiment výrobků na bázi cementu, ale i jiných pojiv. Zvláště přitažlivá bude i velice nízká cena materiálu, dosažená díky použití převážně látek odpadního charakteru. V neposlední řadě nutno zmínit, že se jedná o látku ekologickou, kvůli příznivé bilanci CO2. Hmoty na bázi anorganických kompozitů představují ohromnou šanci pro ekonomicky vyspělé země, a to z hlediska ochrany životního prostředí. Přestože je cementářský průmysl značně rozvinutý a zásoby surovin pro výrobu portlandského cementu jsou vysoké, měla by legislativa těchto států podporovat přechod na ekologičtější alternativy. Výroba cementu pálením základních slínků produkuje takové množství CO 2, že se rozhodně nejedná o činnost v souladu s trvale udržitelným rozvojem. Souběžně s výše uvedeným aspektem znamenají nové hmoty šanci pro ty země, které kvůli absenci surovinových zdrojů musí cement dovážet na veliké vzdálenosti. Takový stav je v dnešní době nejvíce typický pro asijské země. Řady produktů tvoří ve výstavbě tři základní skupiny. První je dopravní infrastruktura a vybavení městským mobiliářem. Druhá zahrnuje občanskou, průmyslovou a bytovou výstavbu. Třetí skupina představuje stavební a umělecké rekonstrukce a regenerace památek všeho druhu. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 41

DOPRAVNÍ STAVBY A MĚS TSKÝ MOBILIÁŘ Dopravní stavby se řadí mezi nejvíce prosazované potřeby, zejména kvůli neustále stoupajícímu počtu motorových vozidel a kamionové přepravy. Kompozit může nahradit pojezdovou plochu silnic a dálnic, stejně jako parkovací plochy nebo letištní runway. Výhodou materiálu jsou kromě nízké ceny a vysoké pevnosti krátké časy tvrdnutí. Již čtyři hodiny po aplikaci je možné po povrchu jezdit automobilem, taková vlastnost může rapidně urychlit výstavby a opravy dálnic, konkrétně i velmi známou D1. Ostatní doplňující výrobky jako svodidla, obrubníky, informační tabule je možné vyrábět z nové hmoty. Při rozšiřování a modernizaci železničních tratí přichází v úvahu výroba železničních pražců, prefabrikovaných nástupišť a protihlukových zábran. Základní požadavky na protihlukové panely: odolnost vůči mrazu bez potřeby na údržbu odolnost vůči hnilobě akustické vlastnosti DLR = 30 37 Db, DLα = 6 10 Db estetický vzhled (dle použití krajina / město) plná recyklovatelnost využití odpadních látek variabilita systému nízká cena Bude dosaženo snížení spotřeby stále dražších surovin, jako je ocel, hliník, dřevo a v neposlední řadě portlandský cement. Do základních směsí na výrobu takových produktů lze jako plniva použít odpadní plastový granulát a jiné odpady. V městském Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 42

prostředí doplní výrobky z nových materiálů náměstí, veřejné i soukromé parky, prostranství nákupních a relaxačních center. Mezi prvky patří sloupy veřejného osvětlení, lavičky, odpadkové koše, nádoby na okrasné květiny, prefabrikované skladebné systémy zabraňující erozi půdy, různé sloupky na prádlo nebo informační tabule a dopravní značky, obrubníky a chodníky, dlažby a ukončovací prvky zdí, plotové dílce. Kromě dokonalé imitace konvenčních materiálů dokážeme za pomocí různých drtí a plniv vytvořit zcela nové a originální materiály. Příkladem mohou být obkladové dekorační desky z keramických střepů (odpadový materiál), které okamžitě nadchly progresivní i konzervativní architekty. PRŮMYSLOVÁ, OBČANSKÁ A BYTOVÁ VÝSTAVBA Občanské a průmyslové stavby, stejně jako specifická skupina bytové výstavby, představuje novou výzvu pro struskové kompozitní stavební hmoty. Vyztužené vazníky a sloupy jednoduše nahradí ocel a lepené dřevěné nosníky ve výstavbě průmyslových hal. Takový skelet bude obložen sendvičovými panely s napěněným kompozitem, jako tepelnou izolací. Opět dojde ke snížení nákladů, šetření neobnovitelných zdrojů a zpracování odpadů. Za několik desítek let nahradíme tímto revolučním materiálem převážnou většinu materiálů, které nelze těžit rychleji, než dovoluje jejich přirozená regenerace (dřevo, voda, vzduch). Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 43

V České republice, podobně jako v celé kulturní Evropě, musíme počítat s vyšší mírou osídlení a vážit si tak každé volné louky a kousku lesa. Proto je zapotřebí maximálně využít stávající bytový fond a novou výstavbu zkvalitnit. I zde je zapotřebí zmínit nové hmoty, s jejichž pomocí dokážeme prodloužit životnost panelových sídlišť. Nástřiky panelových dílců dokážou prorůst do podkladové struktury, tím se celá konstrukce zpevní, zakonzervuje vůči povětrnosti a dokonce částečně zateplí, neboť napěněná kompozitní hmota působí jako izolant. V nové výstavbě najdou uplatnění sendvičové panely, nebo sendvičové tvárnice. Vzhledem k vysoké únosnosti dokážeme postavit několikapatrový dům a v kombinaci s kvalitně zpracovaným urbanizmem dokážeme stavět fungující městské čtvrti. Celková úspěšnost závisí na kolektivní spolupráci celé společnosti a tendenci vlád podporovat obecně prospěšné projekty. PANELOVÉ MONTOVANÉ ST AVBY Australská společnost Strongwall International LTD vyvinula a patentovala s použitím podobných kompozitů (na bázi kaolinitických jílů) panelový konstrukční systém, který je v oboru stavebnictví revoluční. SCS (the Strongwall Construction Systém) je nový modulární, nosný i nenosný, konstrukční systém, který je v porovnání s tradiční výstavbou jednoduší v aplikaci a levnější v nákladech. Systém používá alkalicky aktivovaného pojiva k výrobě velmi lehkých modulárních panelů. Je to typ pojiva využívající syntézu přírodních anorganických látek, nebo odpadních látek jako je popílek, struska, sedimentační popel, aj. s chemickými aktivátory. Výrobek má excelentní protipožární odolnost a výborné mechanické vlastnosti. Inovativní není pouze materiál, ale i jednoduché složení jednotlivých prvků. Ze stěn včetně dveřních otvorů je možné poskládat rodinný dům se třemi ložnicemi během dvou dnů a za asistence dvou nevyučených řemeslníků s minimálním dohledem. Jednoduchost montáže je docílena unikátním mechanismem suchých zámků, které se dokážou spojit na celou výšku panelu. Obsahují samozřejmě již okna a dveře. SCS je kompletně suchý proces, který nevyžaduje maltu (písek, vápno, cement), nebo jiná lepidla ke spojení modulů. Zeď je vodě odolná, pevná, odolná vůči termitům, plísním. Vyžaduje minimální, nebo dokonce žádnou údržbu. Systém umožňuje vést uvnitř zdi veškerá telekomunikační a silnoproudá vedení, aniž by bylo zapotřebí sekat do zdi. Moduly se při stavbě jednoduše odemknou, vloží se kabeláž a posléze se opět Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 44

zamknou. Vynálezce systému říká: Produkt má enormní význam, zejména díky své jednoduchosti, díky přínosu k čistotě životního prostředí a také kvůli úsporám spotřebitele. Konstrukce je odolná vůči cyklónům a zemětřesení. Byla vyvinuta pro výstavbu jednopodlažních i vícepodlažních budov v městském prostoru i na venkově. REKONSTRUKCE PAMÁTKOV ÝCH OBJEKTŮ Otevírá se možnost využít studených anorganických syntéz pro mnohačetná uplatnění a v neposlední řadě je možné při plnění pískem různých barev získat pískovce pro opravy a rekonstrukci památek, Další možnosti jsou otevřeny pro další plniva a v neposlední řadě byly vyzkoušeny směsi, které obsahují značné podíly barevných jílů, které dodají hmotám plasticitu a jdou velmi dobře modelovat nebo jimi zaplňovat chybějící části rekonstruovaných objektů nebo stavebních částí. Je nutno počítat s tím, že vytvořené anorganické kompozity jakoby prorůstají do původního materiálu a vytvářejí obtížně odstranitelné součásti původního pískovce nebo keramického střepu mají však prakticky shodné vlastnosti a mohou mít i naprosto stejnou barevnost V současné době chybí v technologii rekonstrukci památek vhodný pojivový prostředek pro lepení a tmelení kamene doplňující stávající řadu pojiv vápenatocementových a na bázi organických pryskyřic. Protichůdné požadavky, aby pojivo mělo pevnost syntetických pryskyřic a zároveň propustnost pro plyny a kapaliny, by mohly splňovat anorganické polymery siloxo-sialových skupin, které by tak nahradily cement, působící při restaurování cizorodě a v některých případech dokonce škodlivě. V rámci vědecké činnosti bylo ověřeno, že lze vysoké přilnavosti sol-gelové disperze anorganického kompozitu k horninám s výhodou využít i při tmelení kamene a lepení Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 45

i ve velmi slabých vrstvách. Jak plyne z výsledků experimentů, nejpevnější spoje umožňují sedimentární horniny a horniny s určitou pórovitostí, v laboratoři byl zkoušen především pískovec, opuka, vápenec, resp. mramor a travertin. Byly studovány nábrusy vzorků, charakter vazeb samotného pojiva a vlastního pojiva k substrátu. Pro použití nových kompozitů na poli památkové obnovy hovoří i archeologické nálezy a fakt, že tuto technologii pravděpodobně používali lidé již dávno před Římskou říší. Znamenalo by to, že opravy památek je možné provádět z místních surovin. Jednoduše vysvětleno, pro opravu památky na Blízkém východě nebude nutné dovážet drahé organické pryskyřice, ani cementové směsi a barviva, stačí smíchat tamní pouštní písek s mořskou vodou. Na opravu středoamerických chrámů z doby vlády Inků postačí šťávy z citrusových plodů, kaktusů a agáve, pomocí nichž se rozpustí identický kámen jako je na stavbě a chybějící část se doplní na místě litím. Obě části se spojí. Při anastylóze římských sloupů se místo chybějících válců používají betonové náhražky. Je to z důvodu údajné technické náročnosti opracování mramoru. Je ovšem dost pravděpodobné, že části sloupů byly vyráběny odléváním do forem, tím by se i vysvětlilo neskutečně hladké a rovnoměrné provedení kanelur na sloupu. OPRAVY PANELOVÝCH DOMŮ Dvacáté století se dá do jisté míry nazvat stoletím betonu. Nejvíce se o jeho rozšíření a věhlas postaral francouzský architekt Le Corbusier. Jako první postavil vícepodlažní obytný dům s betonovým skeletem na předměstí Marseille. Po válce bylo zapotřebí rychle zmírnit bytovou krizi. Budovy stavěné kladením jednotlivých cihel byly časově velice náročné, záchranou byl vynález prefabrikovaného betonového panelu. Výstavba prvních panelových domů v sobě zahrnovala celkové řešení urbanizmu obytného okrsku, včetně občanské vybavenosti jako jsou obchody, služby a zeleň pro relaxaci. Je důležité zdůraznit, že byty panelových domů nabízejí vysoký standard bydlení. Byty jsou vybaveny přívodem teplé i studené vody, vytápěním, jsou bohatě prosluněny a dobře odvětrávány. Pokud se dům nepředimenzuje, lze hovořit o kladném sociálním prostředí, které v sobě zahrnuje naprosté soukromí, ale i občanskou sounáležitost. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 46

Princip výstavby se zamlouval i bytové politice vlád zemí bývalé Varšavské smlouvy. Státní bytová politika v České republice má dlouhodobější tradici. Svého vrcholu dosáhla v normalizační éře sedmdesátých let minulého století, kdy se státní sociální inženýři rozhodli pro rozsáhlou podporu výstavby panelových domů. Výsledkem byl přírůstek nových bytů, pohybující se v impozantních hodnotách jednoho a čtvrt milionu bytových jednotek. Kromě nepříjemných demografických důsledků propopulační politiky státu z této doby se tak dnes začínáme potýkat s dalším problémem, který nese charakteristické rysy pro časovanou bombu. Tímto problémem není ani tak rozsáhlé zastarávání bytů vzniklých v období sedmdesátých a počátku osmdesátých let minulého století, jako spíše objem prostředků, které si rekonstrukce těchto bytů v relativně krátkém období bude žádat. Z pohledu udržitelného rozvoje jsou opravy panelových domů nezbytné, neboť veliké množství obyvatel v nich ubytovaných a eventuální prostorové nároky na náhradní výstavbu jsou tak rozsáhlé, že jsou takové vyhlídky na poměrně malém území České Republiky nereálné. Příkladem jsou bezkoncepční satelity rodinných domů, které jsou přesnou kopií předimenzovaného paneláku bez zázemí, obchodů, škol a služeb, akorát jsou obrazně naležato. Soukromí přerůstá v hermetickou separaci od okolního světa a z těchto lidí se časem stávají asociální individua. Nové kompozity jsou vhodným kandidátem na vyřešení všech výše uvedených aspektů. Cena materiálu je v porovnání s materiály na ropné, či cementové bázi mnohem nižší. Vysprávkový systém dokáže několikanásobně prodloužit životnost celé stavby. Současně se bude maximálním způsobem šetřit životní prostředí. Kromě Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 47

ekologického charakteru nové hmoty můžeme zmínit omezení zástavby na zelených loukách. Možnosti použití: Sanace statických poruch nosné panelové konstrukce Sanace základů a opravy hydroizolace spodní stavby Bytové nástavby (mezonetové nástavby při sloučení bytu v nejvyšším podlaží) Změny dispozičního řešení bytu Oprava (výměna) výtahu (včetně nutných zásahů do konstrukce výtahové šachty) Oprava nášlapných vrstev a konstrukcí podlah ve společných prostorách Zateplení vybraných vnitřních konstrukcí Oprava vnitřních stěn a stropů Výměna vstupních stěn do objektů s uplatněním antivandalského řešení Obnova předložených vstupních schodů a zábradlí, zídek a dlažby Opravy a zateplení střech včetně nástaveb (strojovny, pergoly, atd.) Zateplení neprůsvitného obvodového pláště (podmínkou je sanace dílců obvodového pláště) Oprava lodžií, balkónů včetně zábradlí Oprava dílců obvodového pláště a reprofilace jejich styků Oprava nebo modernizace bytového jádra (včetně rozvodů elektřiny, zdravotních instalací a plynu) Oprava komunikačních prostor Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 48

POUŽITÁ LITERATURA Ahonen M, Long-time experience in catalytic flue gas cleaning and catalytic Nox reduction in biofueled boilers, VTT Symp. 163, (1996) Backman R, Skrifvars B-J and Yrjas P, The influence of aerosol particles on the melting behaviour of ash deposits in biomass-fired boilers. Aerosols in Biomass Combustion, Graz, March 2005 Baxter L L Ash deposition during biomass and coal combustion: a mechanistic approach. Biomass and Bioenergy 4 85-102 (1993) Baxter L L and Koppejan J, Biomass-coal co-combustion: Opportunity for affordable renewable energy. (2005) Available on the IEA website www.ieabcc.nl Baxter L L, Tree D, Fonseca F and Lucas W Biomass combustion and co-firing issues overview: alkali deposits, fly ash, NOx/SCR impacts. Int. Conf on Coutilisation of Domestic Fuels, Gainesville, Fl. Feb 2003. Beck J, Unterberger S, Scheffknecht, G, Jensen A, Zheng Y, and Johnsson J E, The effect of biomass co-combustion on De-NOx catalysts. Second Int. Conf. On Clean Coal technologies for our Future, Cagliari, May 2005. Bill, A, Decker R. and Larsson A-C, SCR for biomass derived fuels: operating experience and performance results from a slipstream at the Borssele Power Plant. Power-gen International, Las Vegas, December 2005. Biobank, a database of biomass properties which is compiled by Bios Bioenergiesysteme GmbH, in Austria, is available on the IEA Biomass Combustion and Co-firing website, www.ieabcc.nl BIOBIB is a database of biomass properties, available on www.vt.tuwien.ac.at Bryers R, Fireside slagging, fouling and high temperature corrosion of heat transfer surfaces due to impurities in steam raising fuels. Prog. Energy Combust. Sci. 22 29-120 (1996). CATDEACT website at www.eu-projects.de CEN/TS 14775: 2004 Solid biofuels. Method for determination of the ash content. CEN/TS 15290: 2006 Solid biofuels. Determination of major elements. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 49

CEN/TS 15297: 2006 Solid biofuels. Detemination of minor elements. prcen/ts 15289 Solid biofuels. Determination of total content of sulphur and chlorine. Coda B, Cieplik M K, Jacobs J M and Kiel J H A Impact of biomass co-firing on ash formation and ash behaviour in IGCC plants. ECN-C-04-069 (2004). Coulson M, Dahl J, Gansekoele E, Bridgwater A V, Obernberger I and van der Beld L. Ash characteristics of perennial energy crops and their influence on thermal processing. Proc. 2nd World Conf. on Biomass for Energy, Industry and Climate, pp 359-362, Rome (2004) Ergudenler A and Ghaly A E Agglomeration of silica sand in a fluidised bed gasifier operating on wheat straw. Biomass and Bioenergy 4 135-147 (1992). European Coal Combustion Products Association (ECOBA) publishes useful information on the solid discards from coal plants. www.ecoba.com Frandsen F J Utilising biomass and waste for power production a decade of contributing to the understanding, interpretation and analysis of deposits and corrosion products. Fuel 84 1277-1294 (2005). Friborg K, Overgaard P, Sander B, Junker H, Larsen O H, Larsen E and Wieck- Hansen K Full-scale co-firing of straw, experience and perspectives. Second Int. Conf on Clean Coal Technologies for our Future. Cagliari, May 2005. Hansen L A, Nielsen H P, Frandsen F J, Dam-Johansen K, Horlyck S and Karlsson A Influence of deposit formation on corrosion in a straw-fired boiler. Fuel Proc. Technol. 64 189-209 (2000) Henderson P, Szakalos P, Pettersson R, Andersson C and Hogberg J, Reducing superheater corrosion in wood-fired boilers. Materials and Corrosion 57 128-134 (2006) Henriksen N and Larsen O H Corrosion in ultra-supercritical boilers for straw combustion. Materials at high temperatures 14 227-236 (1997). Henriksen N, Montgomery M and Larsen O H High temperature corrosion in biomass-fired boilers. VDI-Berichte Nr. 1680 (2002). Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 50

Kiel J H A Gas cleaning: The Achilles Heel of biomass gasification. 12th Int. Conf. on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Amsterdam June 2002. Kleinkappl M Gas cleaning in biomass gasification plants. Proc. 12th Eur. Conf. On Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Amsterdam June 2002. Korbee R, Keil J H A, Zevenhoven M, Skrifvars B-J, Jensen P A and Frandsen F J. Investigation of biomass inorganic matter by advanced fuel analysis and conversion experiments. from Power production in the 21st Century: Impacts of Fuel and Operations, Snowbird, Utah, November 2001. Marschner H Mineral nutrition of higher plants. Academic Press (1997). Miles T R, Miles T R Jnr. Baxter L L, Bryers R W, Jenkins B M and Oden L L. Alkali deposits found in biomass power plant: a preliminary study of their extent and nature. National Renewable Energy Laboratory, Golden, Co. USA, (1995) Montgomery M and Larsen O H Field test corrosion experiments in Denmark with biomass fuels. Part 2: Co-firing of straw and coal. Materials and Corrosion 53 185-194 (2002). Neilsen H P, Frandsen F J, Dam-Johansen K and Baxter L L, The implications of chlorine-associated corrosion on the operation of biomass-fired boilers. Prog. Energy and Comb. Sci. 26 283-298 (2000) Nieminen M, Kurkela E, Hiltunen M and Isotalo J Improvement of the economics of biomass/waste gasification by higher carbon conversion and advanced ash management. Proc. 2nd World Conf. on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Rome (2004). Obernberger I, Brunner T and Joller M, Characterisation and formation of aerosols and fly ashes from fixed-bed biomass combustion. Aerosols from Biomass Combustion, Zurich (2001) Obernberger I and Brunner T Fly ash and aerosol formation in biomass combustion processes an introduction. Aerosols in Biomass Combustion, Graz, March 2005. Ottosen P Impact of co-combustion of wood pellets at Avedore Power Plant fired with heavy fuel oil and natural gas. Presented at IEA Bioenergy Workshop 2, Coutilisation of biomass with fossil fuels. Copenhagen, May 2005, and available on the IEA Bioenergy website. Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 51

Overgaard P, Sander B, Junker H, Friborg K and Larsen O H Two years operational experience and further development of full-scale co-firing of straw. 2nd World Conf. on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Rome, May 2004. Pels J R, de Nie D S and Kiel J H A, Utilisation of ashes from biomass combustion and gasification. 14th Eur. Biomass Conf. and Exhib. Paris (2005) Phyllis, a database of biomass properties, which has been compiled by ECN in the Netherlands, www.ecn.nl/phyllis. Raask E Mineral impurities in coal combustion. Behaviour problems and remedial measures. Hemisphere (1985) Raask E Erosion wear in coal utilisation. Hemisphere (1988) Riedl R, Dahl J, Obernberger I and Narodoslawsky M Corrosion in fire tube boilers of biomass combustion plants. Proc. China Int. Corrosion Control Conf., Beijing, (1999) Skrifvars B-J, Lauren T, Hupa M, Korbee R and Ljung P Ash behaviour in a pulverised wood fired boiler a case study. Fuel 83 1371-1379 (2004) Skrifvars B-J, Sfiris G, Backman R, Widegrin-Dafgard K and Hupa M Ash behaviour in a CFB boiler during combustion of Salix. Proc. IEA Conf on Biomass Utilisation, Banff, (1996) Spliethoff H, Unterberger S and Hien K R G Status of co-combustion of coal and biomass in Europe. Sixth Int. Conf. on Technology and Combustion for a Clean Environment. Oporto, July 2001. USDOE, has compiled a database of biomass feedstock composition and property data. www.eere.energy.gov/biomas/feedstock_databases.html Valmari T, Potassium behaviour during combustion of wood in circulating fluidised bed power plants. VTT Publication 414 (2000) van der Drift A and Pels J R Product gas cooling and ash removal in biomass gasification. ECN C-04-077 (2004) Van Loo J and Koppejan J, Handbook of Biomass Combustion and Co-firing. Enschede, The Netherlands, Twente University Press, (2003) Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 52

Visser H J M, Hofmans H, Huijnen H, Kastelein R and Keil J H A Biomass albed material interactions leading to agglomeration in fluidised bed combustion and gasification. Progress in Thermochem. Biomass Conversion. Ed. Bridgwater A V Vol 1 272-286, Blackwell Science, (2001). Wilen C, Salokoski, P, Kurkela E and Siplia K Finnish expert report on best available techniques in energy production fro solid recovered fuels. Finnish Environment Institute (2004) Zevenhoven-Onderwater M, Backman R, Skrifvars B-J and Hupa M The ash chemistry in fluidised bed gasification of biomass. Part I: Predicting the chemistry of melting ashes and ash-bed material interaction. Fuel 80 1489-1502 (2001) Zevenhoven-Onderwater M, Backman R, Skrifvars B-J, Hupa M, Liliendahl T, Rosen C, Sjostrom K, Engvall K and Hallgren A The ash chemistry in fluidised bed gasification of biomass fuels. Part II: Ash behaviour prediction versus bench scale agglomeration tests. Fuel 80 1503-1512, (2001) Phair J. W., Van Deventer J.S. J.: Characterization of Fly-Ash-Based Geopolymeric Binders Activated with Sodium Aluminate, Ind. Eng. Chem. Res. 41, 4242 4251 (2002) Phair, J. W.; Van Deventer, J. S. J.; Smith, J. D.: Effect of Al Source and alkali activation on Pb and Cu immobilization in fly ash based geopolymeres, Applied Geochemistry 19, 423-434 (2004) Van Jaarsveld J. G. S, Van Deventer J.S. J, Lukey G. C.: The effect of composition and temperature on the properties of fly ash- and kaolinite-based geopolymers, Chem. Eng. Jour. 89, 63 73 (2002) Van Jaarsveld J. G. S, Van Deventer J.S. J, Lukey G. C.: The characterization of source materials in fly ash-based geopolymers, Materials Letters, 57, 1272-1280 (2003) Van Jaarsveld, J. G. S.; Lukey, G. C.; Van Deventer, J. S. J.; Graham, A.: The stabilization of Mine Tailings by reactive Geopolymerisation, Conference MINPREX 2000, Melbourne, Australia (2000) Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 53

Lee W.K.W., Van Deventer J.S.J.: The effects of ionic contamination on the early-age properties of alkali-activated fly ash-based cements, Cem. Concr. Res. 32, 577-584 (2002) Lee W.K.W., Van Deventer J.S.J.: Structural reorganization of class F fly ash in Alkaline silicate solutions, Colloids and Surface, 211, 49-66 (2002) Goretta, K. C.; Chen, N. a kol.: Solid-particle erosion of a geopolymer containing fly ash and blast-furnace slag, Wear 256, 714-719 (2004) Bakharev, T.; Sanjayan, J. G.; Cheng, Y.-B.: Effect of admixtures on properties of alkali activated slag concrete, Cem. Conr. Res. 30, 1367-1374 (2000) Bakharev, T.; Sanjayan, J. G.; Cheng, Y.-B.: Resistence of alkali-activated slag concrete to acid attack, Cem. Conr. Res. 33, 1607-1611 (2003) Hardjito D., Wallah S. E., Sumajouw D. M. J., Rangan B. V.: Properties of Geopolymer Concrete with Fly Ash as Source Material: Effect of Mixture Composition, Paper to the Seventh CANMET/ACI International Conference on Recent Advances in Concrete Technology, May 26-29, 2004, Las Vegas, USA Hardjito D., Wallah S. E., Sumajouw D. M. J., Rangan B. V.: Brief review of development of geopolymer concrete, Invited Paper to the Seventh CANMET/ACI International Conference on Recent Advances in Concrete Technology, May 26-29, 2004, Las Vegas, USA Krivenko P.V.: Alkaline cements and concrete: Problems of durability Krivenko P.V.: Alkaline cements: From research to application Krivenko P.V., Mokhort M., Petropavlovskii O.: Industrial Uses of Geocement-Based Materials in Construction and Other Industries, Geopolymers 2002, Melbourne, 28-29 October 2002 Alonso, S.; Palomo, A.: Calorimetric study of alkaline activation of calcium hydroxide-metakaolin solid mixtures, Cem. Concr. Res. 31, 25-30 (2001) Puertas, F.; Fernández-Jiménez, A.: Mineralogical and microstructural characterisation of alkali-activated fly ash/slag pastes, Cem. Conr. Comp. 25, 287-292 (2003) Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 54

Palomo, A.; Grutzeck, M. ; Blanco, M. T.: Alkali-activated fly ash. A cement for future, Cem. Conr. Res. 29, 1323-1329 (1999) Fernández-Jiménez, A.; Palomo, A.: Characterisation of fly ash. Potential reactivity as alkaline cements, Fuel 82, 2259-2265 (2003) Davidovits, J.: Properties of geopolymer cements, Proceedings First International Conference on Alkaline Cements and Concretes, 131-149 (1994) Buchwald A., Schulz M.: Alkali-activated binders by use of industrial by-products, Cem. Conr. Res. 35, 1984-1992 (2004) Cheng T. W., Chiu J. P.: Fire resistance geopolymer produced by granulated blast furnace slag, Minerals Engineering, 16, 205-210 (2003) Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 55

Příloha 1 Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 56

Technologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku Strana 57