Za beton, který je pevnější, odolnější a rychleji tvrdnoucí. A taky za ochranu životního prostředí, které je devastováno neudržitelnou těžbou lithia pro udržitelné technologie. Objev jihoaustralských inženýrů má ve světě, který hladoví po lithiu, opravdu velký potenciál.
Stručný přehled článku
Vedlejší produkt z těžby lithia, dosud považovaný za problematický odpad, by mohl najít velmi užitečné uplatnění ve stavebnictví. Australští výzkumníci zjistili, že delithiovaný β-spodumen lze přidávat do betonových směsí místo části popílku, čímž se beton stává pevnějším, odolnějším a zároveň se snižuje množství odpadu i ekologická zátěž spojená s těžbou lithia.
Nezbytné lithium
Těžba lithia totiž vyčerpává spoustu půdy a zdrojů, a jejím výsledkem je bohužel neoddiskutovatelně i obrovské množství vedlejšího produktu, který bychom ve skutečnosti mohli používat, místo abychom ho vyhazovali na skládky.
Vezmeme to postupně. Lithium-iontové baterie jsou funkčním srdcem moderních elektromobilů, elektrobusů, elektrokol, koloběžek a dalších vozidel a vozítek. Aby se vůbec podařilo realizovat přechod k „vozidlům na baterky“, je třeba začít od zdroje. A to bez lithia prostě nejde. Současně je lithium ústřední pro rozvoj další udržitelné technologie, stacionárních uložišť energie.
)
Lithium je zkrátka všude
Bateriové systémy jsou tím, co doplňuje prakticky všechny obnovitelné zdroje energie, a dává jim smysl širší využitelnosti. A samozřejmě, o lithium „zakopáváme“ ve většině moderních mobilních zařízení, od chytrých telefonů po fotoaparáty a notebooky. Lithium je zkrátka všude.
Přitom ještě před zhruba patnácti lety bylo lithium naprosto okrajovou záležitostí, s velmi omezeným využitím v tradičních průmyslových odvětvích. Asi nejvíc s ním pracoval sklářský a keramický průmysl (bylo přidávané do skla a keramiky kvůli snížení bodu tání, pro zvýšení pevnosti a zvýšení odolnosti proti teplotním šokům) a pak ještě trochu v metalurgii a při výrobě maziv a tuků. To už je ale minulost.
Dobře to demonstrují i čísla.
)
Za kilogramy stojí tuny
V roce 2014 bylo vytěženo a zpracováno na celém světě nějakých 31 700 tun (kovového) lithia. A předloni to už bylo 240 000 tun. To je pořádný skok. A je dobré si uvědomit, že to číslo získané (kovové) suroviny neodráží ani vzdáleně, kolik je třeba vyzískat mezi-suroviny, ekvivalentu uhličitanu lithného. Přibližně 1,3 milionu tun.
Ani to není všechno. Protože uhličitan lithný se nejčastěji získává z toho nejběžnějšího lithného minerálu, spodumenu, ve kterém je koncentrace oxidu lithného mezi 1 a 1,5 procenty. V praxi tak musíte, se štěstím, na vyzískání 240 000 tun (kovového) lithia přeorat okolo 130 milionů tun horniny.
To všechno pak docela názorně vykresluje neudržitelnou povahu „udržitelnosti“. Svět hladovějící po lithiu devastuje přírodu tím nejhorším možným způsobem. A poptávka se rozhodně netenčí, naopak, lithium je nově jedním z nejžádanějších zdrojů světa.
)
Jak využít těžbu lithia při výrobě betonu?
Proto je taky jakákoliv snaha zmenšit škody na životním prostředí, které jeho těžba způsobuje, chvályhodná. A výzkumníci, inženýři sídlící na Flindersově univerzitě v australském Adelaide, jeden takový chytrý nápad mají. Vyzkoušeli a v praxi otestovali, jak by se odpad z těžby lithia dal uplatnit ve stavebnictví. Při posilování betonu.
Nejprve malou odbočku: beton je tím nejvíce vyráběným artiklem na celém světě, přičemž se ho ve stavebnictví každoročně spotřebuje více než 25 miliard tun. Beton je také zodpovědný za spotřebu obrovského množství neobnovitelných zdrojů a každoročně produkuje 8 procent všech emisí skleníkových plynů.
Proto se jakékoli kroky, které můžeme podniknout ke snížení dopadu jeho výroby na planetu, vyplatí. A odtud už slovo dostávají vědci, kteří v Jižní Austrálii našli způsob, jak využít vedlejší produkt dalšího destruktivního procesu – těžby lithia – k výrobě pevnějšího a odolnějšího betonu.
Jde to udělat i lépe
Jak už tu padlo, k vyzískání lithia je třeba těžit ohromné objemy tvrdých ložisek spodumenové rudy. Výroba jedné tuny monohydrátu hydroxidu lithného generuje asi 6–12 tun vedlejšího produktu zvaného delithiovaný β-spodumen (DβS). Zmínění australští inženýři si ale povšimli, že ten „odpadní“ DβS vykazuje pucolánové vlastnosti.
Což znamená, že chemicky reaguje a zvyšuje pevnost a trvanlivost betonu tím, že ho činí méně propustným a také odolným vůči korozi.
)
Zvýšení pevnosti betonu
Jejich velmi názorná studie ukázala, že při použití jako pojiva při výrobě betonu může DβS výrazně zlepšit mechanické vlastnosti a dlouhodobou odolnost toho nejrozšířenějšího staviva na světě.
Tým australských inženýrů v podstatě nahradil popílek – odpadní produkt ze spalování uhlí – při vytváření geo-polymerní pasty, která se někdy používá jako pojivo v betonu.
Čísla z výzkumu? Nahrazení 25 % obsahu popílku DβS s použitím optimálního poměru alkalického aktivačního roztoku vedlo k čtyřiatřicetiprocentnímu zvýšení pevnosti betonu, ve srovnání s ekvivalentní směsí popílku. A úprava poměru směsi alkalických aktivačních roztoků vedla ke zvýšení pevnosti o 74 procent. To v praxi ukazuje, že DβS může pomoci vyrobit beton, který je pevnější než betony obvyklé pro výrobu z popílku. Funkčně je to výsledek hustší a robustnější vnitřní struktury betonu, který „vyzrává“ už po 28 dnech vytvrzování.
)
Jak prozrazuje Aliakbar Gholampur, inženýr se specializací statika, hlavní autor objevu: „Vzhledem k tomu, že rafinace lithia je zodpovědná za vznik zvýšeného objemu DβS, nabízí možnost jeho opětovného použití ve stavebnictví udržitelné řešení, které sníží průmyslový odpad, zabrání potenciální kontaminaci půdy a podzemních vod a podpoří cirkulární ekonomické postupy v těžebním a stavebním sektoru.“
Už víme, že bez betonu se neobejdeme, a bez lithia zatím také ne. A víme, že beton ani lithium životnímu prostředí zrovna nepomáhají. Objev, s nímž přišli na Flindersově univerzitě, by ale mohl pomoci přepsat tu nerovnováhu a učinit beton i lithium skutečně o něco víc „udržitelnější“.
Zdroj: Newatlas.com, Materials and Strucutres, JPmorgan.com, AFDC.energy.gov
