Welcome at SolverUnio Ltd !
+36 1 2200 661
solverunio@solvergroup.hu
Divisions:  Research Technology Tender
Technology

Félüzemi méretű tesztüzemi kísérlet új építőanyag fejlesztésére

Magyarországon az épületfenntartás az éves belföldi energiafelhasználás 40%-át teszi ki, amelynek egyik oka lehet az épületek szigeteletlensége vagy a szigetelés hiányossága.   A hazai lakóházak fajlagos energiafelhasználása jóval meghaladja az Európai Unió régi tagországainak átlagát. Ebből eredően a kormányzatnak alapvető érdeke a tudatos tervezés, így az épületek energiaigényének csökkentse. Így minden olyan megoldás, amely csökkenti az épületek használatával összefüggő környezetterhelést kiemelten, kell kezelni.

Horváth Péter, a Magyar Energiahivatal elnöke szerint: „Az energiahatékonyság a nemzetgazdasági előnyein túl, a rosszabb anyagi helyzetben lévő háztartások alacsonyabb energiaköltségein, illetve a lakhatási komfort, az életminőség és az egészség javulásán keresztül a nagyobb szociális igazságosság megteremtését is szolgálja."

A félüzemi szintű kutatómunka során és végeredményeképpen létrejött tudásanyag és mérésekkel igazolt szigetelőanyag prototípus hozzájárulhat egy kiemelt jelentőségű probléma megoldásához, nevezetesen a polisztirol hulladék és a szénerőművi pernyék mennyiségének csökkentéséhez. Mivel a habosított polisztirol túlnyomó többségében kommunális hulladékba kerül, ami hosszú távon szennyezi, a környeztet, rövidtávon nagy költségeket okoz a termelőnek. A szénerőművi pernye erőműi tárolókban történő deponálása jelentős többletköltséget okoz. Így kézenfekvő megoldást kínál a Borsod Bos 2004 Kft. projekt eredménye, amely mind ipari, mind környezetvédelmi, valamint gazdasági szempontból ígéretes. A projektben a SOLVER UNIO Kft kutatás-fejlesztési szolgáltatóként a laboratóriumi körülmények közötti előállíthatóságot vizsgálta mind szimulációs mind valóságos, félüzemi gyártási körülmények között, az ezzel kapcsolatos eredményeket kiértékelte és ipari – alkalmazhatósági jelentésben közzétette.

Jelen munkaszakasz félüzemi szintű gyártásának műszaki alapkutatását az Uniflexys Kft. végezte, amelynek eredményeit a félüzemi szintű gyártás tervezésénél és a közgazdasági és vállalatgazdasági kutatásokban használtuk fel. Az előző munkaszakaszban lezárt anyagkutatásról szóló dokumentum képezte jelen félüzemi szintű megvalósításra vonatkozó kutatás műszaki specifikációját.

Tartalom:

A projekt aktualitása

A meglévő épületállomány, és annak megújítása etikus hulladékkezelés mellett sokkal kevésbé környezetterhelő, mint az új építések. A magyarországi beruházások csupán 30 százaléka felújítás, viszont 70 százaléka új építés. Az európai unióban ez az arány 60-40 százalék a környezetterhelés és erőforrás-gazdálkodás szempontjából kedvezőbb felújítások javára.

Az épületek energiahatékonysága nem kizárólagosan az építész szakma gondolkodásának, hanem a társadalom hozzáállásának is eredménye, így az energiatudatos építés sem csupán a mérnöki, hanem a beruházásban érintettek közös felelőssége. Az energia fogyasztás mérséklése érdekében vállalt befektetésnek a társadalom több rétegének együttes igényéből kell erednie.

2013-ban a magyar kormány elfogadta az Országos Hulladékgazdálkodási Tervet  2014-2020. évek vonatkozásában, ami már nevesíti és kötelezővé teszi az azbeszt alapú szigetelőanyagok cseréjét, így az azbeszt tartalmú szigetelőanyagok cseréjét. Ebből eredően hazánkban a ESP alapú szigetelőanyagok iránti kereslet tekintetében - prognózisunk alapján-  további növekedésre számíthatunk.

Az építőipari ágazatnak tudható be az EU teljes végfelhasználói energiafogyasztásának és CO2-kibocsátásának kb. 40 %-a. Következésképpen az épületek általános energiateljesítményének költséghatékony intézkedésekkel történő javítása tagállami és uniós szinten is társadalmi, gazdasági és környezeti előnyökkel jár. Magyarországon az épületfenntartás az éves belföldi energiafelhasználás 40%-át teszi ki, amelynek egyik oka lehet az épületek szigeteletlensége vagy a szigetelés hiányossága.   A hazai lakóházak fajlagos energiafelhasználása jóval meghaladja az Európai Unió régi tagországainak átlagát. Ebből eredően a kormányzatnak alapvető érdeke a tudatos tervezés, így az épületek energiaigényének csökkentse. Így minden olyan megoldás, amely csökkenti az épületek használatával összefüggő környezetterhelést kiemelten, kell kezelni. Az építőipar, azon belül a szigetelőanyagok gyártásának iparágán belül tapasztalható folyamatos fejlődés, illetve az iparág ehhez történő alkalmazkodó képessége vonatkozhat az ökológiai, gazdasági és szociális rendszerekre egyaránt. Ezért a fenntartható fejlődés, az építőiparban részt vevő szervezetek célkitűzése egyaránt. 

A világ energia fogyasztásának alakulása 2007-2035 között

Forrás: Energy Information Administration, 2010

A félüzemi tapasztalatokból kiindulva meghatároztuk egy jövőbeni jelentős léptékű beruházás gazdasági paramétereit is, ahol a „Niche” piacot, azaz a szigetelőanyagok piacán keletkező rést feltételeztük felvevői piacként.

A projekt indokoltsága

A villamos energiatermelés 20-30%-át szénerőművek állítják elő világszerte, amely arány a megújuló energiaforrások fejlődésének ellenére sem fog érdemben csökkeni, mivel a világ energiafogyasztása becsült adatok szerint 2001-2007 között évente átlagosan 2,6 százalékkal növekedett (EIA, 2010). Az EIA adatai alapján a fogyasztási tendenciát figyelembe véve 2035-re mintegy 50 százalékkal bővül a globális energiafogyasztás.

A szénerőműi égetés számottevő mennyiségben jelentkező mellékterméke a szilárd égetési maradékanyag: a salak és a pernye. Kína jelenleg kb. 200millió tonna pernyét „termel” évente, India pedig kb 100 millió tonnát. Ez utóbbi mennyiségek az országok gazdasági fejlődésével és növekvő energiaigényével magyarázható. Egyes becslések szerint ez a szám ennek többszörösét érheti el a következő évtizedekben. A projekt eredményeként a fent említett másodlagos nyersanyagot felhasználva új technológia és építőipari alapanyag illetve termék jön létre, amely bővíti a hasznosítási lehetőségeket, illetve biztosítja az elmúlt évtizedek során felhalmozódott, ill. a jövőben felhalmozódó erőműi pernyék értelmes és gazdaságos, környezetre veszélyt nem jelentő újrahasznosítását Magyarországon és világszerte egyaránt.

Keletkezett hulladék mennyiségének megoszlása a nemzetgazdasági ágakban, 2009

Forrás: Bános, 2012[1].

A projekt célkitűzései

Aprítás után felhasználható az építőanyagokban, javítva azok hőszigetelő tulajdonságait, vagy új nikecell termékek gyárthatók belőle. Megolvasztva újrahasznosítható pellet készíthető belőle, amiből ismét újrahasznosított expandált polisztirén gyártható, de irodaszerek és egyéb műanyag termékek előállítására is alkalmas.

Termikus eljárások segítségével olaj, gáz, és koksz állítható elő belőle, acélgyártásnál a kokszot helyettesítheti, vagy elégetve hője meleg víz vagy elektromos áram előállítására hasznosítható.

A polisztirol építőipari felhasználására az egyik legismertebb magyar példa Antal István találmánya. A találmány tárgya építőipari habarcs, amely habosított polisztirolt és cementet tartalmaz. A habarcs a habosított polisztirolt és a cement egy részét préselt, polisztirol habot tartalmazó, pihentetett habbeton aprításából származó 0,5-10 mm nagyságú szemcséket tartalmazó darálék formájában tartalmazzam továbbá 1 m3 darálékra számítva kötetlen, kristályvíztől lényegében mentes állapotban 50-200 kg cementet tartalmaz. A habarcs előállításához préselt, polisztirol habot tartalmazó pihentetett habbetont, legfeljebb 10 mm nagyságú szemcsékre darálnak, és cementet, bedolgozásakor vizet adnak hozzá. Az ilyen habarccsal különféle épületszerkezeteket lehet létrehozni, amelyek a vázszerkezethez hozzáerősített habbeton tábláz és a vázszerkezet térközeibe bedolgozott habarcsot tartalmaznak.

A találmányhoz képest jelen projekt újdonságtartalmát az adja, hogy a hagyományos építőipari alkalmazásokon (pl. könnyűbeton gyártásnál adalékanyag) túl magának az építőipari terméknek az alapanyaga is inert ipari hulladék, amibe befoglalva értékes, jó szigetelő tulajdonságokkal rendelkező, könnyű, jó mechanikai szilárdságú tűzálló homlokzati szigetelőanyagot állítunk elő, minimális költség mellett.

Egyik befoglalási módszer lehet szénerőművi pernye és Ca(OH)2 keverékébe történő bekeverés, amivel hasonló építőipari anyag nyerhető, azonban mivel ez hidraulikus kötőanyag kötési mechanizmusa közelebb áll a betonhoz. Másik befoglalási lehetőség a pernyealapú geo-polimerbe történő bekeverés, ami önmagában is szigetelő tulajdonságú anyag, szobahőmérsékleten gyorsan köt (24 óra alatt végleges mechanikai szilárdságának 70%-át is elérheti), így előállítási költsége rendkívül alacsony, mindamellett hulladékká vált anyagok újrahasznosítását is meg lehet valósítani ezzel a megoldással. A geo-polimer további előnye, hogy bármilyen szilícium- illetve alumínium fázisokat tartalmazó anyagból, így más ipari hulladékból is előállítható, ezért a kedvező tulajdonságok további ötvözése is könnyen megoldható.

Környezetpolitika típusok

A nikecell felhasználása során keletkezett hulladék anyagában történő felhasználása megfeleltethető. A környezeti erőforrások túlhasználatát (mint például az amúgy is véges energiafelhasználás megfelelő hőszigetelés alkalmazásával), károsodását (mint például a hulladékok további felhasználása) lehet mérsékelni, esetleg utólag a romlásokat helyreállítani és lehet megelőzni.

Ennek megfelelően az alkalmazható környezetpolitikai típusokat tartjuk itt relevánsnak, és javasoljuk figyelembe venni:

  • az utólagos kárenyhítés
  • és/vagy preventív, tehát a megelőzést célzó.

Ennek alapján a következő típusok azonosíthatóak:

  • enyhíteni a környezetkárosítást (gyógyító környezetpolitika);
  • csökkenteni a károsanyag kibocsátást (emissziós) általában a technológiák után alkalmazott (ún. „csővégi”), az alapfolyamatokat nem érintő beavatkozásokkal, eljárásokkal (forrásorientált környezetpolitika);
  • megelőzi a környezet károsítást a beavatkozást magába a környezeti erőforrás használatba (alaptechnológiába) integrálva.

A Borsod Bos 2004 Kft Piac13 projektjének eredménye elsősorban ennek a legutóbbi környezetpolitikának feleltethető meg a hosszú távú fenntartható környezeti erőforrás gazdálkodás megtervezésének alapjaként.

A könnyűbeton jelentősége

A könnyű beton alkalmazásának egyre nagyobb a jelentősége. Mind magasabb épületeket, nagyobb fesztávú hidakat építünk, ahol a súly csökkentése döntő. Használata a felújítások esetén is előnyös, mivel egy megerősítés így kisebb többletterhet jelent. Az önsúly minden hajlított vasbetonszerkezetnél fontos. Előre gyártott szerkezetek esetén a szerelési technológiát is egyszerűsítheti (nagyobb elemméret illetve gémkinyúlás lehetséges, vagy kisebb daru szükséges). Minél „monumentálisabb” egy szerkezet, az önsúly annál jelentősebb része az összes tehernek. Az építőanyagok testsűrűségének csökkenetése fontos eszköze az önsúlycsökkentésnek, így karcsúbb, esztétikusabb megjelenésű szerkezetek építhetők, és kisebb anyagfelhasználást eredményez. Teherviselő szerkezeteink jelentős része betonból épül. A beton előnye a többi szerkezeti anyaghoz képest, hogy tetszőleges méretben és formában alakítható ki, helyszínen is elkészíthető, megfelelő minőség esetén gyakorlatilag nem igényel rendszeres karbantartást. Hátránya viszont a szilárdsághoz képest nagy testsűrűsége.

Az autoklávban habosított beton blokkok kiváló hőszigetelők és egyaránt alkalmasak belső és külső szigetelésekhez, alapokhoz. Elméletileg egy teljes ház felépítése lehetséges lenne autoklávban habosított betonból, beleértve a falakat, padlót, megerősített AH beton gerendák, mennyezet és tető alkalmazásával. Az AH beton kiváló akusztikus szigetelő tulajdonsággal, ill. jó szulfátállósággal, tűz- és fagyállósággal rendelkezik. Előállítás Az AH betont autoklávokban (nagy nyomású edényben) gyártják. Az autokláv rendszerint 3 m átmérőjű 45 m hosszú acélcső. A gőzt nagy nyomással adják az edénybe, akár a 800 kPa-t, hőmérséklete pedig a 180 °C-ot is elérheti. Az AH beton előállítható többféle cementáló anyag felhasználásával, rendszerint: Portlandcement, mész és erőműi pernye, hamu, vagy Portlandcement, mész és finom homok. A homokot előzetesen őrlik a megfelelő finomság elérése érdekében. Kis mennyiségben gipszet és anhidritet is gyakran adagolnak. Az AH beton lényegesen különbözik a normál betontól mind az előállítás módjában, mind a végtermék összetételében.

Könnyű adalékanyagok

Rendkívül sokféle anyagot alkalmaztak és alkalmaznak jelenleg is a betonban a kavics és a homok részben vagy teljes egészében való helyettesítésére.

A rómaiak főként a vulkáni lávát és a tufakövet használtak, de már ők is alkalmaztak téglazúzalékot. Ma környezetvédelmi szempontok miatt egyre elterjedtebb a hulladékanyagok felhasználása. A természetes tufa, lávakő és agyagszármazékok (duzzasztott agyagkavics, agyagpala) mellett könnyű adalékanyagként jelen van a pernye, a kazánsalak, a duzzasztott perlit, a habüveg és a visszanyert könnyű adalékanyag is, hőszigetelő célzattal pedig műanyagszármazékok (pl. duzzasztott polisztirolgyöngy).

Az üzem építése, létesítése során végzendő feladatok

A tervezett technológiához szükséges berendezések zárt téren, többszintes acél tartó-szerkezeteken kerülnek elhelyezésre.

A beruházás tervezett főbb berendezés csoportok, illetve az egyes technológiai egységekhez kapcsolódó kiegészítő egységek az alábbiakban kerülnek - nem teljes körűen – részletezésre.

A fentiekben felsoroltak az alábbiakban részletezett, főbb technológiai egységeket, illetve azokat kiegészítő rendszereit alkotják:

  • Nyersanyag tároló egység (Unit-100)
  • Vegyszer tároló egység (Unit-200)
  • Pernye és PS előkezelő egység (Unit-300)
  • Aktiváló vegyszer kezelő egység (Uniz-400)
  • Keverő-homogenizáló egység (Unit-500)
  • PS/Geopolimer kompozit blokk gyártó egység (Unit-600)
  • Befejező műveletek egység (Unit-700)
  • Végtermék tároló egység (Unit-800)

A technológiát kiegészítő a környezetvédelmi szempontból releváns, főbb létesítmények/segédrendszerek a következők:

  • tartálypark,
  • fáklyarendszer,
  • ivó- és ipari víz ellátó rendszer és csővezetékei (részben az üzemegységen kívüli rendszer),
  • recirkulációs vízmű (hűtőtorony),
  • szennyvizet- és szennyeződhető csapadékvizet gyűjtő és befogadó rendszer (részben az üzemegységen kívüli rendszer),
  • nem szennyeződhető csapadékvizet gyűjtő és befogadó rendszer (részben az üzemegységen kívüli rendszer),
  • monitoring rendszer.

Geopolimer-PS kompozit készítés laboratóriumi technológiai vázlata

Holo-Flite csigás szárító berendezés (METSO)

Szárítórendszer (METSO)

A félüzemi szintű kutatás bebizonyította, hogy a projektben foglalt alapanyagok felhasználásával elkészült hőszigetelő elemek műszaki és anyagtulajdonságai meghaladják a jelenleg kapható konvencionális technológiával előállított hőszigetelő anyagok műszaki és anyagtudományi paramétereit, azonban előállításának költségei jóval alatta maradnak a legújabb nanotechnológiás eljárással készített hőszigetelő anyagok előállítási költségeinek. Igaz, hogy a nanotechnológiás eljárással előállított hőszigetelő anyagok bizonyos paraméterei kedvezőbb értéket mutatnak az egyébként hulladékot felhasználó innovatív, környezetbarát szigetelőanyaggal összehasonlítva, amelyet a Borsod Bos 2004 Kft. fejlesztett.

Eredmények

A félüzemi kísérletek bizonyították, hogy a gyártástechnológiai rendszerben funkcionális egységek (modulok) szigetszerűen is elkülöníthetők, amelyek alapján már tervezhető egy üzemi méretű gyártás a félüzemi eredményeket alapul véve. Ennek alapján gyártási modulonként javaslatot tettünk az üzemi kapacitás kialakítására részletes technológiai adatokkal együtt, valamint a műszaki specifikációk alapján megvizsgáltuk a piacon beszerezhető berendezések várható költségét.

A polisztirol életciklus elemzésének elvégzése és az LCA gyakorlati alkalmazása rendkívül körültekintő munkát igényelt. Tanulmányozni kellett az alapanyaggyártás technológiáját, a polisztirol előállításának folyamatát és a jelenlegi tendenciákat. Tanulmányozni kellett a hazai műanyagipar helyzetét és ezen belül a PS gyártást. Fel kellett venni a kapcsolatot az adatszolgáltatókkal, ami korántsem volt zökkenőmentes. Ebben az elemzésben főként műanyagipari üzemektől igyekeztünk adatot kérni és kapni. Szakmai konzultációkat folytattunk több műanyagipari szakemberrel, adatokat gyűjtöttünk építőiparban, szigetelő iparban, vizsgáltuk a hazai műanyaghulladék feldolgozásának helyzetét, azonban LCA eredményeinket a projekt részben szimulált részben félüzemi laborkörülményeire tekintettel fenntartásokkal kezeljük.

Jelen referencia-publikáció csupán tájékoztatás a kutatás lefolytatásáról, lényegi releváns adatokat, technológiai leírásokat a szabadalomra és az új fejlesztésre tekintettel nem tartalmazhat.


[1] Bános Katalin: A szálló por terheltség környezeti hatásai és csökkentésének gazdasági alternatívái, 2012

SolverUnio Kft. All Rights reserved     Adatvédelem     Impressum