Alternativní stavební materiál geopolymer

Psal se rok 1974, když na egyptologickém kongresu v Lyonu vyslovil profesor Davidovits hypotézu, že řada egyptských pyramid vznikla zřejmě z tvárnic „umělého kamene„. Tehdy vyvolal šok a pobouření. Dnes vše nasvědčuje tomu, že měl pravdu.

Pyramidy z litých kvádrů

Prakticky jakýkoli kámen lze vytvořit uměle, a to s takovou dokonalostí nápodoby, že od přírodního se dá rozlišit jen velmi specializovanou analýzou. Špičkový francouzský chemik to dobře věděl, a tak si položil logickou otázku: Mohli dělníci před pěti tisíci lety dostat obrovské kvádry do takových výšek, když neměli důmyslné transportní mechanismy a neznali ani kolo?

Dospěl k závěru, že nikoli. Zato ho napadla daleko pravděpodobnější teorie: ke stavbě pyramid využívali stavebníci období záplav, kdy se Nil rozlil do daleka. Tehdy nosili mokrý písek z nejbližšího okolí, na místě ho napěchovali do forem, smísili s aktivačními prostředky a pak nechali slunce, aby směs postupně vysušilo a proměnilo v litý kámen.

Pohlcuje záření

Teorii Josepha Davidovitse dnes podporují nejen dochovaná vyobrazení a hieroglyfický zápis na čtyřech staroegyptských tabulkách, ale i řada důkazů z později provedených laboratorních zkoušek. Nerost, z něhož jsou pyramidy postaveny, obsahuje vodu, pohlcuje záření a jsou v něm nepatrné vzduchové bubliny. Nic z toho se u přírodních kamenů nevyskytuje. Navíc jsou některé složky vzorků z pyramid amorfní (nezkrystalizované) a uvnitř vzorku lze najít rovněž vlasy. A když kvádrem vedete řez, zjistíte, že ve spodní části je hustší než v horní.

Vše tedy nasvědčuje tomu, že stavitelé ve Starém Egyptě používali vyspělou technologii, která využívala dostupných přírodních zdrojů (vápenec, voda, jíl, soli) k výrobě „geopolymerického betonu“. Obrovské a neuvěřitelně přesné tvárnice pro stavbu pyramid dělníci neotesávali z kamenných kvádrů vytěžených v lomech Toura a Maadi poblíž Gízy, nýbrž vyráběli z „kamenné kaše“, kterou ve velkém míchali v mělkých písečných nádržích a poté vylévali a pěchovali do předem připraveného dřevěného bednění.

Tomu, aby bylo možné zjistit přesné složení takto vzniklých bloků, dosud brání odpor egyptologů, ale podle odhadů profesora Davidovitse tvořily 93-97  % tvárnic složky přírodního vápence, zbytek pak pojivo. Pojivem byl kaolinitický jíl přítomný ve vápenci v Gíze s přídavkem žíravé sody (ta pochází ze spalování palmového dřeva a natronové soli), která výslednou hmotu pojiva změnila v geologické lepidlo. Egypťanům se tak podařilo vytvořit geopolymerický cement chemicky srovnatelný s kamenem, který pojí skály. Proto geologové nemohou klasickou metodou krystalografické analýzy rozlišit přírodní vápenec od umělého.

Z historie do chemie

„Chcete-li poznat a pochopit přesné složení geopolymeru určitého nerostu, nehledejte odpověď v chemii či fyzice, nýbrž v historii a filozofii,“ tvrdí Joseph Davidovits. Podle jeho teorie je nutné co nejpřesněji prozkoumat vývoj daného nerostu od „velkého třesku“ až po současnou podobu. Pokud se podaří podrobně popsat všechny fáze vývoje tohoto nerostu, všechny chemické a fyzikální procesy uvnitř hmoty a dojít přesně k výslednému chemickému složení, máme prý vyhráno. Pak už stačí jen přidat urychlovače chemických reakcí a získáme geopolymer zcela konkrétního nerostu, který nelze běžnými prostředky rozeznat od originálu.

Člověk tedy umělý kámen nevymýšlí, nýbrž s pokorou a co nejdůsledněji prochází ve zkratce celý dosavadní „život“ kamene přírodního. Provede-li to skutečně důkladně a bezchybně, odměnou je mu klonovaný kámen s mimořádnou životností a vynikajícími vlastnostmi.

Základní kámen budoucnosti

Už nyní se geopolymerní kompozit využívá rovněž na výrobu výfukového potrubí vozů formule 1 nebo tepelných štítů pro raketoplány. A do budoucna velmi podstatná může být stabilizace nebezpečných a radioaktivních odpadů pomocí geopolymerních matric (tzv. solidifikace) nebo schopnost zpracovat jako surovinu pro výrobu geopolymerů odpadní produkty z teplárenských a energetických provozů (především hnědouhelný popílek a vysokopecní strusku). Touto problematikou se zabývá výzkumný projekt GEOASH.

Mise bez emisí

Jaké přednosti mají geopolymery ve srovnání s betonem? Výrazně vyšší pevnost v tlaku (standardní portlandský cement cca 30 MPa, speciálně upravený až 60 MPa, geopolymer cca 100 MPa), značnou odolnost vůči ohni a kyselému prostředí, ale také podstatně ekologičtější způsob výroby.

Při běžné výrobě geopolymerů vzniká 6x méně oxidu uhličitého než při výrobě cementu. Výroba jedné tuny cementu totiž znamená, že do ovzduší unikne jedna tuna CO₂… V absolutním vyjádření tak výroba cementu v roce 2005 vyprodukovala 1,8 miliardy tun CO².

Svět má v rukou Zbůch

Český trumf pro ekologickou výrobu geopolymerů představují haldy lupku poblíž Zbůchu u Plzně. Právě tady zahájí ještě letos velkovýrobu geopolymerů ERIGA – Evropský výzkumný ústav prof. Josepha Davidovitse pro aplikace geopolymerů. Staneme se první zemí na světě, která začne tento materiál budoucnosti vyrábět ve velkém.

Lupek je odpad z těžby černého uhlí. Původně se nacházel ve slojích (vrstvách) nad slojemi uhlí. Protože jde o materiál málo kompaktní, který by se při rubání uhlí na horníky zřítil, bylo nutné ho odtěžit. Tak se stalo, že tato směs kaolínů a jílů s poměrně velkým množstvím organických látek byla v západočeském Týnci (poblíž vozového depa ČD Zbůch u Plzně) navezena na haldy, jejichž výška dosáhla 70 metrů (výška Petřínské rozhledny).

Právě teď přišel čas, aby lupek přestal zahálet: z „kon-trolovaného odpadu“ se stane výrobní surovinou. Na haldách u Zbůchu je ho tolik, že by dokázal nahradit poptávku po cementu pro celou Českou republiku zhruba na 20 let. Tak masovou výrobu geopolymerů ovšem zatím ERIGA neplánuje. Zatím půjde jen o doplněk výroby cementu – byť výslednou kvalitou nesrovnatelně lepší a ekologicky významný.

text: Vít Straňák, foto: Jakub Ludvík, Vít Straňák a archiv ERIGA