Nauka i sektor budowlany: gotowi na rewolucję?

Jesteśmy w stanie wybudować energooszczędny dom w przystępnej cenie z materiałów niskoemisyjnych. Potrafimy też bardzo szybko zmniejszyć zapotrzebowanie energetyczne istniejących budynków przy pomocy materiałów trwałych i niskoemisyjnych – zapewnia prof. PAWEŁ PICHNIARCZYK, dyrektor Łukasiewicza – Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, profesor AGH.

Polski naukowiec wymyślił innowacyjną zaprawę cementową o niespotykanych właściwościach. Jego znajomy przedsiębiorca chciałby ją przetestować, ale nie wie jak i boi się.

To zapraszamy! Może do nas przyjść i dosłownie wszystko sprawdzić w praktyce. W Krakowie jesteśmy w stanie nie tylko błyskawicznie przebadać produkt i jego właściwości na specjalistycznej, nowoczesnej aparaturze, ale też przetestować go na skalę półprzemysłową, bo mamy pod ręką własną np. mini cementownię. Można sobie wszystko wyprodukować w większej skali i sprawdzić właściwości wytworzonego materiału pod dosłownie każdym kątem. Ba, gdyby ktoś był zainteresowany ekspansją na rynek brytyjski, gdzie są w kilku obszarach ostrzejsze wymogi niż na kontynencie, to też takie badania u nas zrobi.

Jak?

Mamy świetnie wyposażone Centrum Bezpieczeństwa Pożarowego i Akustyki, w którym przeprowadzamy testy na ścianie o wysokości 10 metrów, by określić odporność ogniową nienośnych systemów okładzin zewnętrznych elewacji podwieszanych oraz bezspoinowych systemów izolacji cieplnej instalowanych na fasadach budynków lub innych innowacyjnych materiałów. Badamy to w warunkach rzeczywistych pożaru. Nasi naukowcy współpracują tu nie tylko z biznesem i uczelniami, ale też z Państwową Strażą Pożarną.

W publicznej debacie o unijnym pakiecie energetyczno-klimatycznym „Fit for 55” bardzo dużo mówiło się dotąd o źródłach energii, a niewiele o minimalizacji jej marnotrawstwa. Branża budowlana ma klucz do rozwiązania tego problemu?

Z perspektywy Instytutu, który intensywnie współpracuje z tą branżą na co dzień, mogę z pełnym przekonaniem powiedzieć, że jesteśmy gotowi na spełnienie wszystkich wymogów. Polskie uczelnie kształcą znakomitych inżynierów, polska nauka, polskie instytucje badawcze, w tym te skupione w sieci Łukasiewicz, zyskały w ostatnich latach wyposażenie na światowym poziomie, rozwijają owocną współpracę z ośrodkami międzynarodowymi – my przykładowo mamy partnerów od Szwajcarii przez Szwecjęi Niemcy po Dubaj. Przy tym coraz lepiej układa się codzienna współpraca z nauki z biznesem.

Założenie sieci Łukasiewicz było i jest takie, żeby stworzyć synergię pomiędzy wszystkimi państwowymi ośrodkami i instytucjami badawczymi, których działania i siły były dotąd rozproszone.

Dokładnie tak. Poszczególne instytuty zachowały samodzielność, ale zdecydowanie więcej jest i stale przybywa projektów interdyscyplinarnych, realizowanych wspólnie. Przedsiębiorcom szukającym wsparcia, chcącym rozwiązać jakiś problem technologiczny czy procesowy, o wiele łatwiej znaleźć dzisiaj odpowiednich partnerów po stronie nauki. Wystarczy skontaktować się z dowolną placówką naszej sieci, albo zgłosić wyzwanie online. Ta formuła bardzo się sprawdza.

Czyli mamy sprzęt, kadrę, wykształconych ludzi…

Część naukowa, badawczo-wdrożeniowa jest, moim zdaniem, świetnie przygotowana, by stawić czoła nowym wyzwaniom, dotyczy to zarówno kadry, jak i aparatury. Słyszałem to z ust wielu gości zagranicznych ze Stanów Zjednoczonych, Niemiec czy Szwajcarii. Zakłady przemysłowe w Polsce też nie mają się czego wstydzić. W ostatnich dekadach przeszły rewolucyjną modernizację i należą naprawdę do najnowocześniejszych na świecie.

Gorącym tematem w sektorze budowlanym jest zmieniona unijna dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD), która zobowiązuje kraje członkowskie nie tylko do zaostrzenia wymogów dotyczących nowych obiektów, ale też do termomodernizacji już istniejących na niespotykaną w dziejach skalę. Polska też przygotowuje Krajowy Plan Renowacji Budynków.

To logiczne: nie ma innego sposobu na ograniczenie powszechnego dziś marnotrawstwa energii. Uważam, że dzięki współpracy nauki, przemysłu i firm budowlanych Polska jest w stanie sprostać wymaganiom krajowym, unijnym, międzynarodowym. Produkujemy bardzo dobre materiały budowlane zużywając przy tym coraz mniej surowców naturalnych i stale obniżając poziom emisji CO2 i zużycie wody. Jesteśmy w stanie wybudować bardzo energooszczędny, tani w eksploatacji dom w przystępnej cenie z materiałów niskoemisyjnych. Jesteśmy też w stanie bardzo szybko zmniejszyć zapotrzebowanie energetyczne istniejących budynków przy pomocy nowoczesnych, trwałych materiałów, które też mają walor niskiej emisji. Powtarzam: i nauka, i przemysł w Polsce są gotowe na tę wielką i potrzebną inwestycję w przyszłość.

Cały sektor budowlany podlega bardzo gruntownej transformacji.

Tak. Odbywa się ona na wielu poziomach – od źródeł energii, której producenci potrzebują bardzo dużo, po surowce do wytwarzania kluczowych materiałów. Ta transformacja nie została przerwana przez pandemię, gdy budownictwo – jako jedna z niewielu branż – nie wpadło w kryzys, ani nawet spowolnienie. Od chwili rosyjskiej napaści na Ukrainę widzę po stronie naszych partnerów w przemyśle jeszcze większe nastawienie na zmiany, poszukiwanie nowych rozwiązań, które pomogą im sprostać tak licznym dziś wyzwaniom rynkowym w zakresie nowych surowców, odnawialnych źródeł energii i procesów.

Które jest największe?

Nasz instytut obsługuje m.in. sektor cementowy. W Polsce produkuje się ok. 20 milionów ton cementu rocznie, a wykorzystuje się do tego już ok. 6 milionów ton surowców odpadowych. Jednocześnie, około 70 proc. energii cieplnej w procesie technologicznym pozyskiwane jest z paliw alternatywnych zastępujących węgiel. Idziemy w materiały zdekarbonizowane, to oznacza trend na wynajdywanie i wytwarzanie produktów możliwie niskoemisyjnych – od etapu początkowego, czyli wydobycia surowca, a skończywszy na produkcie finalnym i technologii jego stosowania na budowie.

W jakim momencie rewolucji jesteśmy?

Coraz szersze wykorzystanie surowców odpadowych pozwala minimalizować stosowanie surowców naturalnych. Odnawialne źródła energii, w Polsce głównie wiatr i słońce, zastępują stopniowo te oparte na surowcach kopalnych. Docelowo sektor bardzo liczy na zielony wodór, bo potrzebuje bardzo dużo energii – w cementowniach czy fabrykach płytek ceramicznych temperatury sięgają 1400 – 1500 stopni Celsjusza i nie da się tego przeskoczyć, bo taka jest temperatura prowadzenia procesu.

To co dalej?

Jesienią tego roku, zapewne w okolicach listopada, otworzymy laboratorium technologii wodorowych dla przemysłu wysokoenergetycznego. Będziemy m.in. sprawdzać, jaki jest wpływ wodoru na właściwości materiałów, które teraz produkuje się w zupełnie inny sposób z wykorzystaniem paliw konwencjonalnych. Przy spalaniu wodoru nie wytwarza się CO2, ale powstaje para wodna, która może – choć nie musi – zmieniać właściwości wyrobów końcowych, np. płytek ceramicznych, materiałów ogniotrwałych czy produktów stalowych. Producenci tych materiałów chętnie by zainwestowali w instalacje wytwarzające i wykorzystujące wodór, ale muszą mieć pewność, że to ma sens. Nasze laboratorium będzie starało się rozwiać wszelkie wątpliwości.

Jedna z ludowych legend głosi, że „kiedyś to się produkowało materiały, które wytrzymały tysiące lat, a te dzisiejsze, nowoczesne, są gorszej jakości i przede wszystkim nietrwałe”. Jaka jest prawda?

Zacznijmy od tego, że w polskim klimacie materiały muszą spełnić szereg wyjątkowo trudnych wymagań. Bodaj największym wyzwaniem są duże zmiany temperatury i wilgotności. Jak gdzieś jest cały czas zimno, albo cały czas ciepło, to nie ma z tym większego problemu. Ale jeśli, jak w Polsce, jest raz zimno, a raz ciepło, raz sucho, a innym razem leje…

Ba, czasem potrafi się to wszystko zdarzyć jednego dnia…

Właśnie. Najgorsze są częste przejścia z temperatury przez zero stopni Celsjusza. Dlatego materiały muszą być odpowiednio elastyczne, odporne na zmiany temperatur, na mrozy, na wilgoć… Obok właściwości fizykochemicznych muszą mieć też odpowiednie właściwości użytkowe, np. czasy wiązania i twardnienia itd. I my te wszystkie cechy badamy. Potrafimy też w naszych laboratoriach ocenić trwałość poszczególnych materiałów.

I co?

Mogę z ręką na sercu powiedzieć, że te nowoczesne wyroby są nie gorsze, a pod wieloma względami lepsze od tradycyjnych. Wykorzystanie do ich produkcji surowców odpadowych, np. popiołów lotnych krzemionkowych z energetyki czy żużli z przemysłu stalowego lub innych gałęzi przemysłu nie pogarsza ich parametrów, ani też – wbrew wcześniejszym mitom – nie sprawia, że stają się one w jakikolwiek sposób szkodliwe dla zdrowia. Zostało to gruntownie przebadane i podlega cały czas aktualnym testom. Równocześnie fakt, że pozbywamy się niepotrzebnych hałd, ma oczywisty pozytywny wpływ na środowisko.

Ale hałdy z odpadami to też nie jest zasób niewyczerpany.

To prawda, dlatego cały czas poszukujemy nowych rozwiązań, analizując m.in. możliwość wykorzystania odpadów wytwarzanych w innych procesach przemysłowych, albo też zdeponowanych wciąż gdzieś na hałdach, którymi nikt się do tej pory nie zajmował.

A czemu się nie zajmował?

Ponieważ są one z definicji trudniejsze do wykorzystania. Na przykład mamy w Polsce bardzo dużo materiałów odpadowych z procesów spalania węgla, innych niż wspomniany wcześniej popiół lotny krzemionkowy. Moglibyśmy je wykorzystywać do produkcji cementu i innych materiałów budowlanych. Wyzwaniem są jednak bardzo niejednorodne składy i związane z tym koszty dostosowania technologii.

To, co dotychczas niekoniecznie się kalkulowało, w nowych realiach może się okazać opłacalne i bardzo przyszłościowe.

Trafił pan w sedno. Tak było przecież dwie dekady temu ze wspomnianymi hałdami popiołów lotnych i żużli – one przez lata rosły i rosły, bo ich też nikt wcześniej nie eksploatował. A dzisiaj są poszukiwane. Podobnie może być z innymi materiałami odpadowym. Producenci będą najwyżej musieli co pewien czas zmienić recepturę swoich produktów z uwagi na właściwości tego surowca. To spokojnie da się opanować. Po to właśnie jest nauka i nasza współpraca z przemysłem.

Ludzie pytają: po co cała ta rewolucja, czy nie możemy produkować, jak dawniej, np. cementu z margli, wapieni, gliny?

Dla każdego, kto choć trochęinteresuje się światem, jest oczywiste, że dostępność surowców naturalnych, kopalnych, jest coraz bardziej ograniczona. Proszę zobaczyć, co się stało w Europie z węglem kamiennym, który był przez dwa stulecia fundamentem przemysłu i całej gospodarki w większości cywilizowanych krajów.

Dziś kopalnie zostały tylko w Polsce, Czechach i Niemczech. My wydobyliśmy w 2023 r. mniej niż 50 mln ton, najmniej od 1910 r. Bo dostępne złoża się kończą.

No właśnie. Dlatego musimy szukać alternatywnych źródeł energii. To samo dotyczy sektora budowlanego, w tym całej branży materiałów budowlanych. Zobowiązują nas do tego także przepisy unijne i rodzime. Najważniejsze jest jednak to, że te nowe produkty, oparte w coraz większym stopniu na surowcach odpadowych i z recyklingu, są doskonałymi substytutami materiałów opartych w pełni na surowcach naturalnych, a wiele ich właściwości fizykochemicznych i użytkowych jest lepszych. Przykładem mogą być materiały, które dodatkowo można stosować w warunkach bardzo niskich temperatur i przy działaniu niekorzystnych i destrukcyjnych czynników korozyjnych.

A jak jest z trwałością tych materiałów?

Jak wspomniałem, w laboratoriach również testujemy trwałość poddając działaniu szeregu cykli, w tym nawet dwustu - zamrażania i odmrażania, wysokiej wilgotności i suszenia. Istotne jest, że badania te odpowiadają warunkom rzeczywistym zastosowania danego wyrobu, jak np. badania odporności na działanie soli odladzających powszechnie stosowanych w warunkach zimowych. Dopiero, kiedy materiał to wytrzyma, spełniając wszystkie wymagane normy, dopuszcza się go do stosowania. W polskich warunkach atmosferycznych materiały budowlane muszą spełniać naprawdę bardzo rygorystyczne wymagania. I wiemy lepiej, niż ktokolwiek inny, że spełniają.

Rozmawiał: Zbigniew Bartuś