Ekologické metody vypalování cihel

Cihla, tento přírodní materiál, v současnosti zažívá renesanci a zdobí naše domy a byty zevnitř i zvenku, dodávaje prostředí hřejivou atmosféru. Málokdo si uvědomí, že tento stavební materiál prošel tisíciletým vývojem a zatěžkávací zkouškou času, kterou se nemůže jen tak něco pochlubit. Památky stavěné z tohoto materiálu stojí po tisíce let a jsou důkazem jeho kvality.

Objevení hlíny, rozvoj pecí pro její vypálení, představení glazování a způsoby tvarování cihel do forem sochařství, rozdělení profese mezi cihlářem a zedníkem a rozvoj komplikovaných vzorů vazby - to vše se odehrálo již ve starověku, který je tak pro cihlu jedním z nejdůležitějších období její historie. Vývoj cihly se však v tomto období rozhodně nezastavil. Naopak.

Historický vývoj výroby cihel

• 8300-7600 před naším letopočtem: Na březích řeky Jordan se objevují nejstarší typy cihel. Jejich rozměry jsou přibližně 260 × 100 × 100 mm. Jsou obdélníkového tvaru se zakulacenými rohy (připomínají bochník chleba), obsahují bláto a vodu a jsou ručně hněteny do přibližně obdélníkového tvaru. Každá cihla se vysouší teplým středovýchodním sluncem a po ztvrdnutí je pokládána tak, aby vytvořila silnou stěnu.
• 7300-6600 před naším letopočtem: V Jerichu se objevuje i druhý typ cihel, který je vyráběn podobnými postupy. Jejich rozměry jsou 400 × 150 × 100 mm, odpovídají tvaru rybích kostí a na své horní části mají pro ně charakteristické otisky palců.
• 5900-5300 před naším letopočtem: V druhé periodě období Ubaidu se pro výrobu cihel začínají používat dřevěné formy.
• 5000-4500 před naším letopočtem: Starověká Mesopotamie začíná objevovat pálené cihly. Vzhledem k náročnosti výroby se však vyskytují velmi vzácně. Pro horké klima, které zde převládá, jsou adekvátní a ekonomicky přijatelnější cihly nepálené.
• 2111-2003 před naším letopočtem: Pro svoji sílu a zdánlivou trvalost se v období starověku stávají pálené cihly symbolem věčnosti. Jedná se o natolik hodnotný stavební materiál, že se používá pouze pro chrámy, paláce, domy bohů či králů. Během těchto let je možné za kus stříbra koupit 14 400 nepálených cihel nebo 504 cihel pálených.
• 604-562 před naším letopočtem: Během vlády krále Nebuchadnezzara II. dosahuje Babylon vysoké architektonické úrovně. Jsou jimi nejen Visuté zahrady, jež jsou jedním ze sedmi divů světa, ale rovněž letní palác, na kterém byly použity umělecky tvarované a glazované pálené cihly.
• 100 před naším letopočtem: Římský architekt a inženýr Marcus Vitruvius Pollio vydává stavební manuál, jenž je dnes nejstarší dochovalou publikací, ve které je zmíněna cihla.
• 1400-1600 našeho letopočtu: Ve středověku je v Evropě přesný způsob výroby cihel předmětem značných debat, protože se nedochovaly žádné materiály, které by ilustrovaly či popisovaly cihly a jež by pocházely z období před 15. století našeho letopočtu. Za velkou inovaci je tak považován až lisovací stůl, o kterém jsou zmínky v materiálech z 15. a 16. století.
• 1600-1800 našeho letopočtu: V období 17. a 18. století vzniká nový typ řemeslníků, jejichž schopnosti v řezání a kladení cihel umožňují vytvářet stavby, které překračují vše, co bylo dosud viděno.
• 1750 našeho letopočtu: Architektonický styl popularizovaný architekty, jakým je například Robert Adam v Anglii, vytváří nebývalou poptávku po klasických ornamentech, kterými lze dekorovat malé i velké budovy. Vyřezávat kámen je však velmi drahé, a tak přichází jedna osoba s velmi úspěšným řešením tohoto problému. Její jméno je Eleanor Coade a její produkt, nazýván „Coade stone”, je natolik podobný reálnému kameni, že je s ním i o stovky let později stále zaměňován.
• 1800-1900 našeho letopočtu: Následující léta přinášejí největší změny ve výrobě cihel. Jeden z prvních strojů, který se k výrobě cihel začíná používat, je tzv. „pug mill,” zařízení k přípravě jílu před hnětením a tvarováním.
• 1900-2000 našeho letopočtu: Ačkoliv se změn ve výrobě cihel událo v 19. století opravdu hodně, ve 20. století jsou ještě pozoruhodnější. Na začátku 20. století se většina cihel v Evropě a Americe ještě stále vyrábí ručně, ale na konci tohoto století tomu tak již není.

Mechanizace a inovace ve výrobě cihel

Mechanizace při výrobě cihel přichází až v 19. století. Jeden z prvních strojů, který se k výrobě cihel začíná používat, je tzv. „pug mill,” zařízení k přípravě jílu před hnětením a tvarováním. Skládá se z barelu a vertikální nápravy umístěné v jeho středu, ze které vyčnívá několik řezacích nožů. Nápravou otáčí kůň, což způsobuje otáčení nožů uvnitř barelu a tím rozmixování jílu. Díky tomuto stroji je možné lépe rozbíjet jíl, než když se to dělalo ručně.

Roku 1819 však vzniká ve Washingtonu D.C. zařízení, kterému se toto daří. Má osm forem a vyrábí 30 tisíc cihel za den. Ačkoliv se proces výroby cihel neustále zdokonaluje, vypalování dlouho probíhá tradičním způsobem - pecemi, ve kterých je odvod kouře zajištěn pomocí větracích otvorů umístěných ve stropě.

Teprve v polovině 19. století se začínají objevovat patenty pro nové a více účinné typy pecí. Jednou z nich je pec kruhová, která řeší výše uvedený problém vedením horkého vzduchu v horní části pece a odváděním odpadních plynů částí dolní skrz sérii mříží v podlaze. Od ostatních pecí se tyto pece vyznačují vysokým komínem, díky kterému efektivně odvádějí plyny a tím prakticky zamezují výskytům požárů.

Čtěte také: Tipy pro vypalování do dřeva

Metody vypalování jsou ve všech typech těchto pecí podobné. Cihly se do pece umísťují v době, kdy je pec vychladlá. Následně se postupně zahřívají, a když žár dosáhne požadované teploty, probíhá několik dní proces vypalování. Poté pec pomalu chladne a teplota se snižuje.

Tento typ pece je kruhového tvaru a obsahuje několik segmentů, kdy každý segment má své vlastní dveře. Tyto úseky jsou obvykle zamýšleny jako komory, které mezi sebou nemají žádné zdi. Jsou to jednoduše plochy, jejichž plnění či vyprazdňování probíhá skrz jednotlivé dveře, kdykoliv jsou cihly ve většině těchto komor. Po celý proces vypalování zůstávají cihly vždy ve stejných komorách, zatímco se oheň konstantě pohybuje kolem pece. Když v jedné komoře probíhá proces vypalování, v komoře na druhé straně se dokončuje proces chladnutí nebo právě začíná zahřívání. Plyny z teplých komor pak jsou do ostatních místností rozváděny pomocí systému potrubí, které je opatřeno ventily.

Oválné Hoffmannovy pece jsou stále limitovány kapacitou. Proto se po roce 1870 prodlužují do oválného tvaru a tím umožňují výrobu obrovského množství cihel.

Ačkoliv se změn ve výrobě cihel událo v 19. století opravdu hodně, ve 20. století jsou ještě pozoruhodnější. Na začátku 20. století se většina cihel v Evropě a Americe ještě stále vyrábí ručně, ale na konci tohoto století tomu tak již není. Velké změny zaznamenává již proces těžení jílu, ve kterém se stále více využívají stroje jako buldozery, dumpery či rypadla. Po vytěžení se většinou nechává jíl na hromadách a následně se poctivě mixuje. Pokud to je vyžadováno, přemísťuje se následně pomocí pásů a dopravníků do třídících a mlecích strojů.

Lisovací stroje zůstávají podobné strojům z 19. století, ale jsou obohaceny o spousty drobných vylepšení a funkcí pro zvýšení bezpečnosti provozu. Hlavní vylepšení vznikají po roce 1970, kdy elektronika umožňuje stále komplikovanější řídící zařízení. V posledních dekádách 20. století se rovněž zavádí počítačové kontrolní systémy, které mají velký dopad na skládání cihel v továrně.

Čtěte také: Přečtěte si o ohrožení primátů

Možná největší změny se ve 20. století odehrávají v samotných cihelnách. Zatímco na začátku století se cihelny typicky skládají z několika budov, kde v každé budově probíhá určitý provoz: třídění, lisování, vysušovací komory a konečně pece. Mění se i pece, kde kruhovou pec nahrazuje pec tunelová, umožňující ještě větší objem výroby. Novým palivem se stává plyn. Cihly touto pecí, ve které probíhá proces vypalování uprostřed, pomalu projíždí v jednotlivých vozících. Na začátku tunelu se postupně ohřívají a uprostřed se za pomocí žárů z plynových trysek vypalují.

Ekologické aspekty a využití odpadů

Spalování cihel je energeticky náročný proces. V našich podmínkách se nejčastěji využívají plynové pece, ale ve světě se ročně spotřebuje kolem 24 milionů tun uhlí, které jsou potenciálním zdrojem znečištění ovzduší. Ostatně ani plyn není úplně bez emisní i když je zhruba o 40 % čistější než již zmíněné uhlí. Podle odhadů je požadovaná teplota v peci kolem 1400 °C, což vyžaduje spálení jednorázového množství paliva způsobujícího emise vysoce znečištěných plynů, jako je oxid uhelnatý (CO), oxid uhličitý (CO2), čpavek (NH3) a v některých případech chlór a fluor, které nejsou bezpečné. Kvůli obrovskému množství toxických emisí způsobují cihlové pece vážné zdravotní problémy. Emise se šíří po světě.

V rozvojových zemích, jako je Indie, jsou otevřené skládky běžnou scénou kvůli nedostatku kvalifikované pracovní síly a nízkému rozpočtu na likvidaci odpadu. Tyto odpady mohou představovat potenciální nebezpečí pro životní prostředí a lidské zdraví, pokud nejsou správně skladovány, přepravovány, likvidovány nebo spravovány. Z tohoto pohledu je nakládání s takovými odpady, jejich zneškodňování ekologickým a ekonomicky životaschopným způsobem velmi důležité a tato práce předkládá návrhy, jak se s tímto rizikem vyrovnat.

Těžbou lateritického kamene vzniká 15-20 % půdního odpadu, což představuje problém likvidace. Podobně odpadní sklo ze sklářského průmyslu je průmyslový odpad, o jehož likvidaci je třeba se postarat. Existuje však účinná alternativa pro bezpečnou likvidaci průmyslových vedlejších produktů, jako je lomový prach a skleněný prášek, jejich částečným začleněním do hliněných cihel nahrazením říčního písku, který je nákladnou složkou a jehož dostupnost je omezená. Cílem je hledat inovativní výrobu energeticky účinných cihel, šetrných k životnímu prostředí ve výrobním procesu a pro konečné použití výrobků z hliněných cihel.

Různé materiály používané při výrobě hliněných cihel v tomto seriálu jsou hlína, písek, červená zemina, lomový prach a skleněný prášek.

Čtěte také: Dopady znečištění ovzduší

• Jíl (C): Jedná se o jemnozrnný přírodní horninový nebo půdní materiál, který kombinuje jeden nebo více jílových minerálů s možnými stopami křemene, oxidů kovů a organických látek.
• Písek (S): Přírodní říční písek je přirozeně se vyskytující zrnitý materiál složený z jemně rozmělněných hornin a minerálních částic. Jeho složení je většinou oxid křemičitý (oxid křemičitý), obvykle ve formě křemene. Těží se z koryt řek a používá se jako jemné kamenivo. Nerozlišující těžba písku způsobuje škody na životní prostředí.
• Cihlářská hlína (RE): Obecně se získává z krystalické horniny a běžně se vyskytuje v teplém, mírném a vlhkém podnebí pod listnatými nebo smíšenými lesy s tenkými organickými a anorganicko-minerálními vrstvami překrývajícími žlutohnědou vyluhovanou vrstvu spočívající na aluviální červené vrstva. K jejich červené barvě přispívají především oxidy železa vyskytující se jako tenké povlaky na částicích půdy.
• Lomový prach (QD): Obsahuje oxid křemičitý, což je bezbarvá krystalická sloučenina, která se nachází hlavně v přírodním písku, křemeni, pazourku atd. a je důležitou složkou při zvyšování pevnostních vlastností materiálů. Lomový prach je vedlejším produktem procesu drcení a ukládá se na skládky. Prach z lomu obsahuje oxid křemičitý a může splnit požadavek na jemné kamenivo.
• Skleněný prášek (GP): Skládá se hlavně z oxidu křemičitého. Jakmile odpadní sklo vznikne, je ukládáno na skládky, ročně se po celém světě vyprodukují miliony tun odpadního skla. Praxe ukládání na skládky je zcela neudržitelná, protože sklo se nerozkládá do životního prostředí.

Využití odpadních galvanických kalů

Jiným příkladem využití, případně zneškodňování může být přidávání galvanických kalů do cihlářské suroviny. Za přísady dalších látek vznikají z hydroxidů těžkých kovů při vypalování cihel a jiných keramických výrobků ve vodě nerozpustné alumokřemičitany. Z hlediska množství vznikajících galvanických kalů a obsahu příslušného kovu se jeví jako perspektivní nikl.

Kovy přítomné v galvanických kalech, které nelze zpracovat recyklací nebo využít jiným způsobem, je nutné v souvislosti s platností nových předpisů upravit před uložením na skládku stabilizací. Hlavním kritériem pro posouzení úspěšnosti tohoto procesu jsou testy vyluhovatelnosti.

Vedle standardního vodného výluhu podle vyhlášky MŽP 338/97Sb. mohou být realizovány i výluhy kyselé, simulující takové podmínky v životním prostředí, kterým může být odpad vystaven. Vyluhovatelnost v neutrálním a kyselém prostředí byla sledována u tří typů reálných vzorků galvanických kalů. Jednalo se o vzorek s vysokým obsahem zinku a niklu, vzorek s vysokým obsahem chromu a niklu a vzorek obsahující v nadlimitní koncentraci pouze nikl. Jako stabilizační pojivo byl použit vápenný hydrát. Záměrem práce bylo prověřit možnost náhrady vápna jako stabilizačního činidla pro produkty, které vznikají jako odpady v energetickém průmyslu. Výhodou tohoto postupu by bylo snížení finanční náročnosti stabilizačního procesu a současné zneškodnění dvou druhů nebezpečných odpadů.

Výsledky analýz vzorku kalu č.1 jsou uvedeny v tabulce 1 a 2. Z výsledků uvedených v tab. 1 je zřejmé, že zvýšení přídavku vápna znamenalo pevnější vazbu kovů v solidifikátu zejména pro zinek a nikl, což jsou nejvíce zastoupené kontaminanty. Vodné výluhy byly realizovány jak ze solidifikátu v kompaktní formě (kostka), tak ze solidifikátu drceného. Tyto pokusy měly simulovat situaci, kdy dochází k porušení celistvosti bloku např. vlivem přírodní eroze. Podle předpokladu se potvrdilo, že materiál v kompaktní formě je vůči výluhům odolnější než materiál drcený.

Jak bylo dále zjištěno, v kyselém prostředí bylo vyluhování účinnější než v prostředí organických kyselin. Z tab. 2 je patrné, že využití popílku ke stabilizaci vzorku tohoto typu kalu je reálné.

Druhým typem sledovaného kalu byl vzorek s vysokým obsahem chromu. Drcení solidifikátu před výluhem znamenalo značné zvýšení mobility přítomných kovů. Snížení přídavku vápna při solidifikačním procesu nebylo v tomto případě na závadu a na rozdíl od předchozího vzorku byly nejpříznivější hodnoty koncentrací kovů v neutrálních výluzích shledány pro desetiprocentní, tj. nejnižší přídavek vápna.

Kyselé výluhy byly účinnější než srovnatelné neutrální výluhy pro všechny sledované kovy s výjimkou chromu. Tento kov vykazoval anomální chování i při porovnání výluhů v prostředí anorganických a organických kyselin a jako jediný odolával lépe vyluhování kyselinou octovou.

Při analýzách neutrálního vyluhování solidifikátů s popílkem se ukázalo, že vyšší přídavek popílku přispíval k silnějšímu zadržování hlavního kontaminujícího kovu, tj.

Další vzorek se lišil od předchozích vzorků nadměrnou koncentrací niklu (6,05 mg/l), který však byl jediným kontaminujícím kovem obsaženým v nadlimitním množství.

Porovnáním hodnot výluhů vzorku před solidifikací s hodnotou kyselých výluhů vzorku po provedené solidifikaci bylo zjištěno, že do kyselých výluhů přecházejí kationty niklu v podstatně menším množství. Při vyluhování roztokem minerálních kyselin byla ve výluhu zjištěna koncentrace 0, 08 mg/l.

Před uložením na skládku je nutné upravit galvanické kaly stabilizací, jejímž účelem je imobilizace kontaminačních složek v pevné matrici stabilizovaného materiálu. Jako stabilizační pojivo pro úpravu reálných vzorků byl použit vápenný hydrát, který byl z důvodů ekologických a ekonomických postupně nahrazován elektrárenským popílkem. Bylo zjištěno, že materiál v kompaktní formě je vůči výluhům odolnější než materiál drcený.

Tab. 1 Koncentrace kovů v neutrálních výluzích solidifikátu vzorku kalu č.

Nové metody výroby cihel z odpadu

Český vynálezce Petr Španiel vymyslel, jak stavět domy z odpadu. Díky substanci, kterou vynalezl, je schopný měnit komunální i průmyslový odpad na stavební materiál. Místo toho, aby se odpad jen hromadil na skládkách, dává smysl ho zpracovat a znovu využít. Odpad, který by jinak překážel, jsme začali přetvářet na pevný a použitelný materiál. Prostě jsme z bordelu udělali cihlu.

Cihla se dá udělat skoro ze všeho, co se nerozpadne, když foukne vítr. Když se to dobře namíchá a zpevní, máte z toho materiál, který drží pohromadě. A co se týče průmyslového odpadu, to je kapitola sama pro sebe. Je ho mnohem víc, často je složitější na zpracování, ale zároveň v sobě skrývá obrovský potenciál.

Zatímco komunální odpad se dá obvykle snadněji roztřídit, ten průmyslový často zůstává nevyužitý, prostě leží ladem a končí zahrnutý v zemi nebo se ještě pálí. Už mám podaný další patent, který se týká použití nerecyklovatelných plastů a škváry ze spaloven komunálního odpadu.

Přesně o to nám jde. Aby odpad nekončil zbytečně na skládkách nebo ve spalovnách. Když z něj dokážeme vyrobit něco užitečného, třeba cihlu nebo dlaždici, tak jednak ušetříme přírodu a jednak využijeme něco, co by jinak jen překáželo. Navíc naše metoda snižuje i uhlíkovou stopu. A bez vypalování, sušení, tedy s výrazně nižšími energetickými náklady. Zkrátka: co jiní považují za problém, my bereme jako výzvu.

Cihly pro budoucnost: Stavění na Měsíci

Lidstvo se už snad konečně vydá osídlit Měsíc. Ať už to budou astronauté v žoldu státní agentury anebo posádky soukromých vesmírných společností, tak budou potřebovat nějaké budovy. Z čeho by je ale mohli postavit?

Materiálový inženýr Advenit Makaya a jeho spolupracovníci vzali simulovaný měsíční materiál a pak z něj 3D tiskem a spečením pomocí slunečního záření vytvořili pěknou cihlu. Jedno dne by si tahle mohli vyrábět cihly kolonisté na Měsíci.

Badatelé postupovali tak, že vždy vytiskli vrstvu cihly o tloušťce 0,1 milimetru a tu pak spekli v solární výhni o teplotě 1 000 stupňů Celsia. Makaya s kolegy nemuseli vymýšlet nic komplikovaného. Použili komerčně dostupnou simulovanou měsíční zeminu, která je založená na pozemském vulkanickém materiálu, zpracovaném tak, aby svým složením a velikostí zrn odpovídal skutečnému materiálu na povrchu Měsíce. Roli sluneční pece jim sehrála zařízení Německého střediska pro letectví a kosmonautiku (DLR), které se nachází poblíž Kolína nad Rýnem. Jak jsme na OSLU nedávno psali, zprovoznili tam umělé slunce Synlight ze 149 xenonových reflektorů.

Vyrobené cihly ještě nejsou úplně ideální. Některé mají zprohýbané okraje. Podle Makayi je to tím, že okraje cihel chladnou rychleji než jejich střed. Prý to ale nebude těžké doladit. Hodlají různě měnit rychlost tisku, aby tím omezili množství tepla, které se hromadí ve vytvářené cihle.

Účelem experimentu ale bylo prokázat, že takový postup funguje, a že s jeho pomocí bude možné stavět na Měsíci. Na úspěšné spékání cihel ze simulovaného měsíčního materiálu v běžných pozemských podmínkách teď naváže projekt RegoLight. V něm vědci prověří, zda je možné upéct měsíční cihly v podmínkách, jaké panují na Měsíci.

Pokud uspěje i tento program, tak získáme technologii, díky které bude možné tisknout měsíční základny z místního materiálu, jen s pomocí 3D tiskárny a solárního koncentrátoru. Pro kolonizaci Měsíce i dalších těles bude velmi důležité v co největší možné míře využívat místní materiály. Kosmická přeprava je stále velice drahá a každá úspora se počítá. A nejde jenom o vesmírná tělesa. Stavby ze 3D tiskáren na solární pohon, které budou levné a rychle postavené, by se mohly leckde hodit i na Zemi.

tags: #vypalování #cihel #ekologicky #metody

Oblíbené příspěvky:

• Emise kotlů na tuhá paliva
• Fakta o emisích aut
• Pozemky na prodej u Uherského Hradiště
• Co je Koordinované Stanovisko Životní Prostředí?
• Aktuální stav ovzduší v Desné