Jak využít nejjemnější část betonového odpadu, pro kterou dnes recyklace jen obtížně hledá uplatnění a která často končí na skládkách? Čeští vědci prokázali, že takový betonový prach lze pomocí bakteriálně řízených procesů spojit do soudržného materiálu – a to bez použití cementu. .

Výzkum přitom přinesl nečekané zjištění: účinnější než původně testované ureolytické bakterie byly bakterie využívající jiný mechanismus biomineralizace, při kterém nevzniká jako vedlejší produkt amoniak.

Projekt ohodnotila Grantová agentura ČR jako vynikající a na dosažené výsledky nyní navazuje další základní výzkum.

Naprosto nezmapovaný terén

Nejjemnější betonový prach tvoří přibližně pětinu recyklovaného materiálu. Kvůli jeho vlastnostem ho nelze ve větším množství vracet do nových cementových směsí, většinou končí jako odpad nebo nekvalitní zásyp a představuje tak dlouhodobý problém.

Cílem společného výzkumu odborníků z Fakulty stavební ČVUT a VŠCHT s názvem „Mikrobiologicky indukované srážení kalcitu při recyklaci betonu pro produkci materiálů se zápornou uhlíkovou stopou“ proto bylo ověřit, zda lze betonový prach biologickou cestou zpevnit a vytvořit z něj materiál s potenciálem pro další využití ve stavebnictví.

„Je známé, že bakterie dokážou vytvářet minerální krystaly, které fungují jako přírodní „lepidlo“. Ve světě se používají na zpevňování zemin a písků, na opravy kamene nebo na samohojivý beton. Avšak aplikace na nejjemnější odpadní frakci betonu v literatuře popsána nebyla, šlo o naprosto nezmapovaný terén,“ vysvětluje unikátnost svého výzkumu doc. Václav Nežerka, hlavní řešitel projektu z Katedry fyziky Fakulty stavební ČVUT. Jak dále popisuje, cílem výzkumného týmu nebylo vytvořit nový stavební materiál za každou cenu, ale zjistit, zda lze biologickými procesy využít nejproblematičtější část recyklovaného betonu, která dnes prakticky využití nemá.

Technologie budoucnosti

„Právě tento projekt ukazuje, jak důležitý je základní výzkum a interdisciplinární spolupráce. Spojení stavebního inženýrství, fyziky, mikrobiologie a biochemie nám umožňuje hledat řešení tam, kde by jednotlivé obory samostatně narážely na své hranice,“ říká prof. Petr Konvalinka, děkan Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Ne každý výzkum musí přímo směřovat ke konkrétnímu produktu – jeho smyslem je také překračovat hranice zavedených postupů, ověřovat nové principy a hledat odpovědi na otázky, které zatím zůstávají otevřené.

„A právě z takových objevů mohou vyrůst technologie budoucnosti,“ dodává Konvalinka.

Odborníci z Fakulty potravinářské a biochemické technologie VŠCHT Praha pod vedením doc. Hany Stiborové v projektu zajišťovali především kultivaci bakterií a přípravu samotných kompozitních vzorků.

Fakulta stavební ČVUT v Praze naopak zkoumala dodané kompozity a jejich vlastnosti, a to před působením bakterií i po něm. Oba týmy si průběžně předávaly vzorky i výsledky.

Jiné bakterie, jiné možnosti

Při výzkumu se vědci původně plánovali soustředit na běžně využívané ureolytické bakterie, zejména na bakterii Sporosarcina pasteurii, která podporuje vznik uhličitanu vápenatého rozkladem močoviny. Nicméně poté otestovali také bakterie využívající enzym karbonátanhydrasu a k jejich překvapení se tento přístup ukázal nejen jako šetrnější k životnímu prostředí, protože nevzniká amoniak, ale také účinnější při zpevňování materiálu.

„Výzkum přinesl několik významných zjištění. Potvrdilo se, že z jemného betonového odpadu lze skutečně vytvořit soudržný materiál. Zjistili jsme, že při zpevňování materiálu nehrají roli pouze očekávané krystaly uhličitanu vápenatého, ale také AFt fáze, mezi něž patří ettringit a thaumasit.

Právě jejich vznik v materiálu obsahujícím sádrovec významně souvisel se zvýšením jeho soudržnosti. Tento objev tak patří k nejvýznamnějším výsledkům projektu,“ uvádí doc. Václav Nežerka.