Inteligentne technologie wytwarzania betonu na bazie odpadowego żużla pomiedziowego wzbogacanego CO2 wychwytywanym z produkcji przemysłowej dla zeroemisyjnego budownictwa (SPHERE)

Beton z żużla pomiedziowego – inteligentna technologia dla zeroemisyjnego budownictwa

Zagospodarować żużel pomiedziowy, związać z nim dwutlenek węgla powstający w różnych procesach przemysłowych (zamiast emitować go do atmosfery) i użyć taki materiał do produkcji betonu, ograniczając tym samym wykorzystanie cementu i kruszywa naturalnego, które są surowcami nieodnawialnymi. Takie trzy założenia przyświecają technologii opracowywanej przez prof. dr hab. inż. Łukasza Sadowskiego wraz z zespołem z Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej. Badania nad tym rozwiązaniem prowadzone są w ramach grantu FIRST TEAM finansowanego z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki2021-2027 (FENG) przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

W dobie rosnącej świadomości ekologicznej i konieczności ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, naukowcy i inżynierowie poszukują innowacyjnych metod dla zrównoważonego budownictwa. „Nasz projekt, o akronimie SPHERE, koncentruje się na innowacyjnych rozwiązaniach w zakresie produkcji betonu, które mają na celu zredukowanie emisji dwutlenku węgla w procesie budowlanym. Realizacja projektu wpisuje się w szeroki trend poszukiwania ekologicznych technologii w budownictwie, mających na celu zmniejszenie śladu węglowego w całym cyklu życia materiałów budowlanych” – mówi prof. Łukasz Sadowski.

Beton to podstawowy materiał konstrukcyjny stosowany w budownictwie na całym świecie. Jego produkcja jednak opiera się w dużej mierze na nieodnawialnych surowcach (jak cement i kruszywo naturalne), co przyczynia się do degradacji środowiska. Równocześnie przemysł miedziowy generuje ogromne ilości odpadowego żużla. Szacuje się, że światowa produkcja żużla miedziowego może przekraczać 30 mln ton rocznie. Żużel ten stanowi duży problem środowiskowy, ponieważ jego utylizacja jest trudna i kosztowna. Projekt SPHERE zakłada innowacyjne połączenie tych dwóch materiałów w sposób, który nie tylko wpłynie na redukcję odpadów zalegających na składowiskach i oszczędność surowców naturalnych, ale także pozwoli na wieloletnie zmagazynowanie dwutlenku węgla.

Kluczową innowacją jest proces karbonatyzacji żużla pomiedziowego, polegający na nasycaniu go wychwyconym dwutlenkiem węgla. Prowadzi to do jego mineralizacji i poprawy właściwości wiążących, co umożliwia zastosowanie go jako składnika betonu. Taki zmodyfikowany żużel może częściowo zastąpić cement i kruszywo naturalne, jednocześnie stając się trwałym magazynem CO₂.. „Zastosowanie żużla nasyconego CO₂ nie tylko wzmacnia strukturę betonu, ale również umożliwia długoterminowe wiązanie dwutlenku węgla. Jeżeli ilość związanych gazów będzie odpowiednio wysoka, powstający beton może charakteryzować się ujemnym śladem węglowym” – podkreśla prof. Łukasz Sadowski.

Nowy materiał znajduje potencjalne zastosowanie przede wszystkim w budownictwie infrastrukturalnym – w mostach, drogach czy masywnych konstrukcjach inżynieryjnych – gdzie cykl życia obiektów jest bardzo długi, a tym samym zmagazynowany CO₂ pozostaje uwięziony przez dziesięciolecia, a nawet stulecia..

Prof. dr hab. inż. Łukasz Sadowski jest profesorem nauk inżynieryjno-technicznych, kierownikiem Katedry Inżynierii Materiałów i Procesów Budowlanych oraz dyrektorem Centrum Innowacji Miejskich przy Politechnice Wrocławskiej. Pełni także funkcję prodziekana ds. badań naukowych i współpracy międzynarodowej na Wydziale Budownictwa Lądowego i Wodnego. Jego zainteresowania badawcze koncentrują się na inżynierii materiałów budowlanych, badaniach nieniszczących, inżynierii powierzchni, diagnostyce wspomaganej sztuczną inteligencją oraz zrównoważonym budownictwie. W swoich projektach łączy zasady gospodarki o obiegu zamkniętym z praktycznym podejściem inżynierskim. Stopnie naukowe (magister, doktor, doktor habilitowany) uzyskał na Politechnice Wrocławskiej, wszystkie z wyróżnieniem. Tytuł profesora otrzymał w 2023 roku. Odbywał staże naukowe m.in. w Wielkiej Brytanii, Francji, Niemczech, Portugalii i Australii. Jest stypendystą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. W 2021 roku uhonorowany został Medalem im. Wacława Żenczykowskiego za wybitne osiągnięcia naukowo-techniczne w dziedzinie budownictwa.

Autor lub współautor dwóch książek, ponad 300 publikacji naukowych (w tym ponad 140 w czasopismach z listy JCR), redaktor sekcji „Civil Engineering” czasopisma Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, członek komitetów redakcyjnych m.in. Structural Concrete, Journal of Materials: Design and Applications oraz aktywny członek międzynarodowych organizacji naukowych, w tym RILEM.  U podstaw jego działalności leży przekonanie, że inżynieria lądowa to dziedzina, w której nauka spotyka się z odpowiedzialnością za środowisko, a innowacyjne podejście może prowadzić do trwałych, inteligentnych rozwiązań.