Na Zemi postupně ubývají základní zdroje surovin a energie. Výzkumníci proto intenzivně hledají další možnosti, jak nahradit jejich nedostatek. Češi se nyní zaměřili na výrobu betonu z pevných odpadů, které vznikají například při těžbě uhlí, v metalurgii, a také na popílky a další odpady. Nabízí se k tomu využít mikroorganismy, které jsou schopny v přítomnosti močoviny, kterou metabolizují, srážet kalcit.
Pro jejich kultivaci se v laboratoři běžně používají finančně náročná komerční růstová media. Čeští výzkumníci nyní testují a optimalizují růst těchto bakterií na mediích obsahujících hydrolyzáty připravené z odpadních materiálů potravinářského průmyslu, jako jsou pivovarské mláto, peří nebo zbytky po separaci kuřecího masa.
Společensky velmi významný projekt řeší tým vědců z Ústavu chemických procesů AV (ÚCHP), Vysoké školy chemicko-technologické (VŠCHT) a Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT). Mimo jiné se zabývají také přípravou bio-cementu z odpadového materiálu ze stavebnictví. Spolupracují na tom s nimi i další výzkumné subjekty, které se spolu s vybranými firmami sdružili v konsorciu s názvem Národní centrum kompetence (NCK) BIOCIRKL. Finanční podporu na tento projekt poskytuje v rámci programu Národní centra kompetence (NCK) Technologická agentura ČR (TA ČR). Výsledek velmi nadějného výzkumu má být známý do roku 2025.
Mikrobiální precipitace kalcitu probíhala po dobu 60 dní pomocí bakterie Sporosarcina pasteurii DSM 33
„Vzhledem k množství vytěžených neobnovitelných surovin, spotřeby energie a podílu na emisích skleníkových plynů je stavebnictví odvětvím, kde má prosazování principů oběhového hospodářství významný vliv na životní prostředí," upozornila Olga Šolcová z ÚCHP. Například výroba portlandského cementu, což je hlavní součást betonu, se podílí sedmi až deseti procenty na celkových světových emisích CO2, které se navíc generují při výrobní teplotě 1450 stupňů Celsia. Na jednu tunu portlandského cementu připadá 0,62 - 0,97 tuny CO2.
Při těžbě surovin potřebných k výrobě cementu dochází i k znehodnocení půdy, ztrátě biodiverzity a dalším negativním dopadům na celý ekosystém. Stavební průmysl tak čelí mnoha náročným výzvám spojeným se snížením energetické náročnosti produkce betonu, zátěže životního prostředí při těžbě přírodních surovin a s generováním velkého množství odpadu. Z něho největší část (45 až 65 %) přitom končí na skládkách.
„Nový přístup, který umožňuje snížit uhlíkovou stopu a zároveň recyklovat stavební materiál, spočívá ve využití činnosti ureolytických bakterií, produkujících ureasu, které se nejčastěji využívají pro mikrobiálně indukované srážení kalcitu (MICP). Enzym ureasa hydrolyzuje močovinu za vzniku amoniaku a kyseliny uhličité. V přítomnosti vápníku je výslednou sloučeninou kalcit," vysvětlila Kateřina Demnerová z VŠCHT. „Takto lze recyklovat pevné odpady, které vznikají například při těžbě uhlí, v metalurgii, popílky, a to včetně odpadů vzniklých ve stavebnictví především při demolici budov," dodala.
Během srážení kalcitu přeměňují bakterie zdroj vápníku na nerozpustný CaCO3 a vznikající mikrokrystaly se postupně zvětšují, snižují porozitu a zpevňují vzniklý biocementový kompozitní materiál. „Pro kultivaci bakterií jsou vhodná komerční nutriční media, která ale svou cenou značně zvyšují finanční nároky celého procesu biocementace," vysvětlila Hana Stiborová z VŠCHT. Jednou z možností, jak snížit ekonomické a energetické náklady při výrobě biocementu, je právě využití odpadních surovin například z potravinářských technologií, které mohou úplně nebo částečně nahradit kultivační média určená pro růst mikroorganismů. Zavedení této technologie do praxe by tak mohlo výrazně pomoci k dosažení klimaticky neutrálního oběhového hospodářství.
Mgr. Milan Hulínský