Naukowczyni i naukowiec z Akademii Górniczo - Hutniczej pracują nad wykorzystaniem odpadów budowlanych przy tworzeniu w miastach zielonych dachów, magazynujących wodę, ograniczających nagrzewanie i poprawiających jakość życia mieszkańców. “Czy odpady budowlane mogą być na wagę złota? W AGH to możliwe!” - pisze uczelnia w mediach społecznościowych.
Reklama:
Dr inż. Agata Stempkowska oraz dr hab. inż. Tomasz Gawenda prof. AGH z Katedry Inżynierii Środowiska na Wydziale Inżynierii Lądowej i Gospodarki Zasobami Akademii Górniczo - Hutniczej pracują nad kruszywami, które mogą zmienić oblicze polskich miast. Dzięki wykorzystaniu materiałów, które kiedyś były problematycznymi odpadami, takich jak beton czy PET, można stworzyć ekologiczne, zielone dachy z roślinnością, które magazynują wodę, ograniczają nagrzewanie i poprawiają jakość życia mieszkańców. “To idealny przykład podejścia do gospodarki cyrkularnej” - wyjaśniają naukowcy.
Zdaniem inżynierów z AGH, dachy to doskonałe miejsce na wykorzystanie opracowanych przez nich kruszyw i przywrócenie zieleni do centrum miast. Bo, jak wyjaśniają badacze, chociaż dachy spełniają kluczową funkcję w zapewnieniu schronienia, to ta rola nie wyczerpuje ich możliwości. Zielone dachy, czyli zagospodarowanie przestrzeni na budynkach roślinami, może pomóc w walce ze zmianami klimatycznymi.
To rozwiązanie, które ma wiele zalet. Przede wszystkim może zatrzymywać wodę w trakcie nawalnych opadów i pozwala ograniczyć występowanie „miejskich plam ciepła”, bo zagospodarowany teren nie nagrzewa się tak, jak beton czy asfalt. Poza tym, po prostu pozwala zwiększyć teren obszarów zielonych, co wpływa pozytywnie na samopoczucie osób zamieszkujących okolicę. A jak podkreślają naukowcy, walka ze zmianami klimatycznymi to nie tylko podejmowanie działań na rzecz ich zapobieganiu, ale też szukanie rozwiązań, które pozwolą poradzić sobie ze skutkami tych zmian, których nie da się już powstrzymać. I właśnie zielone dachy mogą stać się jednym z takich rozwiązań.
Podstawą do stworzenia takich miejsc są innowacyjne rozwiązania, które sprawiają, że infrastruktura jest optymalnie przystosowana do pełnienia zamierzonych funkcji. Naukowczyni i naukowiec z Katedry Inżynierii Środowiska na Wydziale Inżynierii Lądowej i Gospodarki Zasobami – dr inż. Agata Stempkowska oraz dr hab. inż. Tomasz Gawenda, prof. AGH – pracują nad różnego rodzaju kruszywami, z których część powinna świetnie sprawdzić się właśnie jako podłoże dla roślin na zielonych dachach.
Rośliny na zielonych dachach nie mogą rosnąć w glebie – ta, szczególnie po nasiąknięciu, jest zbyt ciężka, ulega pyleniu i może zatykać drożność rur spływowych. Zgodnie z regulacjami części organiczne nie powinny stanowić więcej niż 10% masy ogrodu umieszonego na konstrukcji budynku. Niezbędne jest więc podłoże, które będzie w stanie absorbować duże ilości wody z opadów, umożliwi zapewnienie roślinom wszystkich niezbędnych do życia substancji, a jednocześnie będzie składać się z lekkiego materiału, który sam w sobie nie będzie stanowił zbyt dużego obciążenia. “Nie można też dopuścić, żeby te rośliny rosły zbyt szybko” – wyjaśnia dr inż. Agata Stempkowska.
“One powinny być zielone, ale nie mogą być wybujałe, dlatego, że tym też obciążamy konstrukcję. Rośliny co jakiś czas się nawozi, albo stosuje się granulat nawozowy, i w ten sposób się je odżywia. My staramy się robić kruszywa z dodatkiem różnych surowców mineralnych, które już w sobie mają te najistotniejsze składniki – potas, magnez, fosfor i inne”.
Reklama
W tym roku w „Scientific Reports” ukazała się praca naukowców z AGH, w której skupili się na opracowaniu tzw. sztucznych kruszyw lekkich. Posiadają one nie tylko właściwości niezbędne, by stać się wartościowym podłożem dla roślin, ale także sam proces ich powstawania niesie dodatkowe korzyści ekologiczne – opiera się na wykorzystaniu materiałów, które do tej pory stanowiły kłopotliwy odpad.
“Prekursorskie w kontekście tego projektu były zupełnie inne badania, które robiliśmy z Politechniką Krakowską. Polegały one na tym, że rozdrabniane były płyty betonowe, takie peerelowskie – jak wielka płyta, ale co ciekawe trafiły do nas z byłego NRD. Kruszywo, które wykonaliśmy wtedy było bardzo dobre, ale powstały też wielkie ilości pyłu. No i pojawiło się pytanie: co z tym zrobić? Mając na uwadze gospodarkę obiegu zamkniętego, nie powinniśmy mieć żadnych odpadów. Doszliśmy więc do wniosku, że spróbujemy to scalić i połączyć właśnie z glinkami” – opowiada dr inż. Agata Stempkowska.
Odpady budowlane stanowią około 32% całkowitej masy odpadów na świecie, a gruz jest ich znaczną części. Jego przetwarzanie przyniosłoby więc dużą korzyść ekologiczną. Dodanie go do kruszyw, które opracowali naukowcy z AGH, ma zmniejszać plastyczność masy. Posiada on też właściwości wiążące, które regenerują się w trakcie wypalania.
Kolejnymi składnikami były gliny towarzyszące surowcom podstawowym oraz stanowiące materiał poprocesowy. Ich zadaniem jest uplastycznienie i zespojenie powstałej masy. Trzecim składnikiem stały się odpady z poprocesowego przetwarzania butelek PET. To materiał, który nie nadawał się już do wytworzenia z niego ponownie butelek – zawiera PET, dużo fosforanów, ale też wmieszane są w niego inne zanieczyszczenia, jak kleje i etykiety produktowe.
Do zgranulowania materiałów wykorzystano metodę granulacji bębnowej i dynamicznej. Podczas granulacji bębnowej materiały umieszcza się w podłużnym obracającym się bębnie nachylonym pod kątem kilku stopni. W nim pył się podnosi i stacza, a w trakcie procesu wpuszcza się do wewnątrz mgiełkę wody. Drobinki pyłu zaczynają się łączyć z wodą, nawarstwiają się i powstają różnej wielkości granulki. ”To jest bardzo prosta metoda, aczkolwiek mało wydajna. Ten pył zamienia się w większe cząstki, aż wylatują kulki i potem w przesiewaczu rozdziela się je na różnej wielkości frakcje. Później się je suszy, wypala w różnych temperaturach i powstają kruszywa”– tłumaczy dr hab. inż. Tomasz Gawenda, prof. AGH.
Metoda granulacji dynamicznej jest szybsza, a uzyskiwane z niej granule są liczniejsze, ale przeważnie mniejsze. Wadą tej drugiej metody są natomiast niższe parametry ścieralności, która mogą przeszkadzać np. przy jego transporcie. Efektem było zastosowanie do utworzenia kruszyw metody hybrydowej.
Porowatość to jedna z najważniejszych cech kruszyw przeznaczonych do podłoży roślinnych, ale idealną receptą wcale nie jest wytworzenie materiału o jak największej porowatości. To nieco bardziej skomplikowane, bo wyróżnia się np. porowatość zamkniętą. Charakteryzuje się nią m.in. keramzyt, który bywa wykorzystywany do wykładania dachowych ogrodów. Chociaż keramzyt ma bardzo dużą porowatość, to w przypadku zastosowania go do podłoża roślinnego jest ona praktycznie bezużyteczna – bo pory znajdują się wewnątrz grudek, ale nie są dostępne z zewnątrz. Tym samym także woda nie jest w stanie się do nich dostać i w nich zgromadzić, a korzenie roślin nie byłyby w stanie tej wody pobrać.
Nie będą mogły z niej korzystać także wtedy, gdyby porowatość była otwarta, ale zbyt drobna. Optymalna jest porowatość w skali mezo, dzięki której woda jest dostępna dla roślin. Uzyskane przez naukowców z AGH kolejną opracowaną metodą kruszywa płaskie charakteryzują się porowatością otwartą właśnie w mezoskali, dzięki czemu będą mogły służyć do magazynowaniu wody oraz jej pozyskiwania przez rośliny.
Dzięki takim kruszywom dachy mogą uzyskać dużą zdolność retencji wodnej. Jest ona szczególnie istotna w obliczu zmian klimatycznych, które wpływają na charakter opadów, także w Polsce. Deszcze stają się rzadsze, ale bardziej nawalne. Ani zabetonowane miasta, ani wysuszona długim okresem bez upadów gleba, nie są w stanie jej szybko wchłonąć. To wywołuje zalania, ale paradoksalnie także suszę – bo woda nie zatrzymuje się w lokalnym ekosystemie, tylko szybko spływa.
Reklama
Nie bez znaczenia dla pełnionych funkcji pozostaje także sam kształt kruszyw – to, czy są one kuliste czy płaskie wpływa na ich jamistość, a więc to, ile powietrza czy wody zmieści się w tej samej objętości podłoża składającego się ziaren. Opracowane przez naukowców z AGH ziarna mogą być także w całości płaskie, ponieważ dają największe korzyści.
“Woda będzie wsiąkać zarówno w strukturę tego ziarna, jeśli jest porowate to do niego trafi, ale też będzie przylegać do każdej cząstki siłami adhezyjnymi. Ta woda wypełni te przestrzenie i będzie dłużej zatrzymana. Dłuższy czas jest korzystny dla nasiąkania ziaren. Oczywiście ona tak czy inaczej spłynie i musi spłynąć, bo przecież korzenie nie mogą stać w wodzie, ale wilgoć będzie się trzymać dłużej, co jest bardzo istotne dla roślin. Chodzi przecież o to, żeby w okresach pomiędzy naturalnymi opadami można było ograniczyć nawadnianie. Jeżeli mamy ziarna okrągłe, no to podłoże przesuszy się szybciej – mamy to zbadane. Więc kształt ziaren, jak i jego optymalny skład ziarnowy mają znaczenie w tworzeniu podłoży” – wyjaśnia naukowiec.
W walce ze skutkami zmian klimatycznymi korzystne jest także to, że zielone dachy to teren osadzony roślinnością, która nagrzewa się znacznie mniej, niż beton. Tereny, na których dominuje beton tworzą zjawisko tzw. miejskich plam ciepła, bo mocno się nagrzewają i powoli oddają ciepło. Zielone dachy pozwalają na użytkowe wykorzystanie terenu, niezbędne na terenach silnie zurbanizowanych, gdzie zapotrzebowanie na zabudowę mieszkalną, użytkową i biurową jest bardzo wysokie, a jednocześnie pozwala na utrzymanie terenów zielonych, które nagrzewają się znacznie mniej. W przeciwdziałaniu temu aspektowi również mogą pomóc podłoża – jednym z wyzwań badawczych, jakie postawili sobie naukowcy, było opracowanie kruszyw, które odbijałby jak najwięcej światła, a więc by nagrzewały się znacznie mniej od innych.
Naukowcy podkreślają, że wykorzystywane odpady nie są w żaden sposób niebezpieczne. Wszystkie składniki i surowce są kompleksowo badane przed wykonaniem kruszyw, by mieć pewność, że nie będą one szkodliwe ani dla środowiska, ani dla ludzi. Kruszywa nie mogą zawierać żadnych pierwiastków ciężkich czy innych szkodliwych.
W Polsce nie istnieją regulacje, które wymuszałyby wprowadzenie zielonych dachów na szeroką skalę. Niewykluczone jednak, że w przyszłości takie regulacje wprowadzi choćby Unia Europejska. W Niemczech już 30% budynków musi mieć zielony dach, a materiały wykorzystywane do tworzenia podłóż są obecnie drogie. Najczęściej to akadama, wermikulit, keramzyt czy perlit, które powstają z trudnodostępnych i drogich surowców naturalnych. Wykorzystywanie do produkcji kruszyw odpadów jest szansą na uzyskanie odpowiedniego materiału znacznie mniejszym kosztem. Naukowcy z AGH szacują, że cena ich kruszywa mogłaby oscylować w granicach tysiąca złotych za tonę – a więc byłaby nawet dziesięciokrotnie tańsza niż akadama, sprzedawana obecnie np. do uprawy bonsai.
Dr inż. Agata Stempkowska oraz dr hab. inż. Tomasz Gawenda, prof. AGH pracują także nad specjalnymi rdzeniami powietrzno - mineralno - nawadniającymi, które mają wspomóc rozwój roślin. Takie rozwiązanie może być szczególnie korzystne na obszarach miejskich, gdzie rośliny nie mają optymalnych warunków do rozwoju.
