Vedlejší energetické produkty (VEP) tuhé produkty po spalování uhlí a odsíření: popílek, struska, škvára, ložový popel, energosádrovec a další • nárůst produkce VEP (v ČR ročně cca 15 mil. tun, v EU 100 mil. tun) → problém s jejich skladováním • v minulosti VEP převážně ukládán na odkaliště → negativní vliv na podzemní a povrchové vody, prašnost, zábor půdy, nebezpečné dopady při haváriích KVALIFIKOVÁNY JAKO ODPAD SNAHA O VYUŽITÍ VEP JAKO STAVEBNÍHO MATERIÁLU VE STAVEBNICTVÍ Ukládání granulátu (VEP) na odkališti Panský les u EMĚ 23.3.2017

Příklady VEP a fyz.-mech. vlastnosti úletový popílek fluidní ložový popel struska Vlastnosti VEP (vybrané) : • zrnitost → závislá na zrnitosti spalovaného uhlí • vlhkost VEP do zemní konstrukce → snaha o wopt → velmi variabilní • objemová hmotnost ρd max = 1100-1200 kg.m-3 → lehké stavební hmoty • velmi slabě propustné (koeficient filtrace kf = 10-6-10-8 m.s.-1) Vlastnosti závisí na vlastnostech uhlí, teplotě spalování a způsobu odlučování popílku ze spalin → rozdílné chemické, mineralogické a granulometrické složení VEP 23.3.2017

Popílkový stabilizát stabilizát→ směs popílků, produktů odsíření nebo fluidních popílků ve směsi s vodou a hydraulickým pojivem (vápno, cement) použití do zemních konstrukcí (silnice, železnice, hráze ad.) Obtíže při použití v zemních konstrukcích (změna vlastností): objemová nestálost vlivem dlouhodobého kontaktu z vodou →tvorba sekundárních minerálů (ettringit) malá odolnost při cyklickém zmrazování Výluhy obsahující nežádoucí a toxické látky (kovy, PAU apod.)) 23.3.2017

23.3.2017

Příklady využití VEP v ČR Zemní konstrukce vyžadují zpracování velkého objemu materiálu → snaha nalézt vhodnou náhradu za tradičně používané materiály → VEP Realizováno několik zkušebních úseků a staveb dopravních a vodohospodářských konstrukcí s aplikací popílkových stabilizátů zemní těleso silničních a železničních náspů zemní těleso ochranných protipovodňových hrází (těsnící jádro, celý násep) aktivní zóna komunikací konstrukční vrstva pražcového podloží Možnosti aplikace VEP v zemní konstrukci: Těleso zemní kce z VEP Vyplnění jádra konstrukce Vrstevnatý násyp 23.3.2017

Vodohospodářské stavby Vlastnosti VEP umožňují budování sypaných hrází v lokalitách s horší únosností podloží, což bývá časté v záplavových územích, kde pokryv tvoří často měkké jemnozrnné fluviální náplavy Ochranná hráz s cyklostezkou poblíž obce Rohatec na hodonínsku (1.271 m) – zvlhčená směs ložového popela a úletového popílku (z technologie fluidního spalování) Dokončená ochranná hráz poblíž obce Nepasice (530 m) v záplavovém území řeky Orlice 23.3.2017

Vodohospodářské stavby Ochranná hráz v Pardubicích s asfaltovou cyklostezkou na koruně hráze. Materiál VEP z blízké elektrárny Opatovice byl použit jako těsnící jádro hráze 52 500 tun Těleso hráze v průběhu stavby Hráz s cyklostezkou po dokončení 23.3.2017

Vodohospodářské stavby V roce 2012 byla vybudována ochranná hráz u obce Vrdy (u Čáslavi). Těleso hráze je z popílkového stabilizátu chráněného bočními přísypy V roce 2013 hráz obstála při rozvodnění toku Doubrava a ochránila obec před zaplavením. 23.3.2017

Vodohospodářské stavby zaplavení podkladní vrstvy z popílku 23.3.2017

Železniční stavby Pro ověření použití popílku v železničním stavitelství byl proveden na Katedře železničních staveb, Fakulty stavební ČVUT v Praze experimentální výzkum s použitím popílkového stabilizátu z Elektrárny Chvaletice do konstrukční vrstvy pražcového podloží. laboratorní zkoušky popílkového stabilizátu laboratorně-poloprovozního modelování chování konstrukční vrstvy z popílkového stabilizátu realizaci zkušebního úseku v délce 330 m v železniční stanici Smiřice (mezi HK a Jaroměří). Cíl dlouhodobého sledování → změna vlastnosti konstrukční vrstvy z popílkového stabilizátu vlivem provozu a působení klimatických podmínek. Během vlastní realizace zkušebního úseku a za období provozu dosud nenastaly žádné problémy. Po cca 10 letech od realizace jsou stále splněny všechny požadavky (SŽDC S4) 23.3.2017

Silniční stavby stavba výcvikového polygonu Most (škola smyku) – použití popílkového stabilizátu nedostatečné odvodnění celého území a nevhodný způsob pokládky docházelo ke zdvihům povrchu vozovky až o cca 3 cm 23.3.2017

Silniční stavby silnice I/23 Pražská radiála v Brně – použita technologie KAPS silnice II/263 – úsek č. 3 Krásná Lípa 23.3.2017

Environmentální vlastnosti VEP Prvek TP 93 Indikátory znečištění MŽP Pitná voda Ag 0,1 0,071 0,05 As 0,000045 0,01 Ba 1 2,9 - Be 0,005 0,016 0,002 Pb Cd 0,0069 Cr celk. Co 0,0047 Cu 0,62 Ni 0,3 0,02 Hg 0,00063 0,001 Se 0,078 V 0,2 0,063 Zn 3 4,7 Sn 9,3 VEP přirozeně obsahují celou řadu látek nežádoucích pro životní prostředí, zejména těžké a toxické kovy. Koncentrace kontaminantů je zpravidla vyšší než u běžných stavebních materiálů. Ekologická vhodnost popílků a dalších vedlejších produktů se posuzuje [TP 93]: podle chemických vlastností výluhu, podle REACH (Registration, Evaluation, Authorisation of Chemicals, tj. Registrace, Hodnocení a Povolování Chemických látek), podle mezní hodnoty hmotnostní aktivity Ra226 Zemní konstrukce může být významným zdrojem kontaminace podzemních či povrchových vod. 23.3.2017

Environmentální vlastnosti VEP Ve vodných výluzích VEP produkovaných v ČR dochází k překročení limitů (TP 93) u 10 – 20 % vzorků (As, Ba, Se a Va). stabilizace VEP → výrazné snížení mobility kontaminantů → snížení koncentrací ve výluhu pod limitní hodnoty Z mnoha chemických analýz (vyluhovatelnost, ekotoxicita, radioaktivita) aplikovaných VEP (ČR, V. Británie ad.) vyplývá v naprosté většině nevýznamné riziko kontaminace podzemních vod výluhy z VEP. Potvrzují to i numerické simulační modely šíření kontaminace v podzemní vodě. Současný stav: roste počet úspěšných realizací zemních konstrukcí s použitím VEP, zpřesňují se znalosti o vlastnostech, rizicích a omezeních, postupy aplikací, roste oblast použití (zejména ve stavebnictví) Budoucnost: změna spalovacího procesu → změna chemického složení VEP → omezení dosud využívaných VEP, zejména jako náhrada do stavebních materiálů → výrazný pokles objemu využívání VEP → ZNOVU SE STÁVÁ ODPADEM 23.3.2017

Snižování NOx a vliv na kvalitu výluhu V souvislosti s úpravou legislativy EU (směrnice 2016/2284/EU) jsou od 1. 1. 2016 platné nižší limity emisí oxidů dusíku a dalších látek. Do 30. 6. 2020 je stanoveno přechodné období mj. pro stacionární zdroje s instalovaným výkonem > 50 MW. Oxidy dusíku (NOx) lze je odstraňovat: v průběhu spalování (primární metody) x z již vzniklých spalin (sekundární metody) Selektivní nekatalytická redukce (SNCR) vytvoření redukčních podmínek, při kterých je do kotle vstřikovaný čpavek (amoniak) nebo močovina (CH4N2O), účinnost dosahuje 40 až 60 %, Selektivně (přednostně) snižuje NOx za vzniku elementárního dusíku a vodní páry. (NH2)2CO + NO + O2 →N2 + CO2 + H2O; NH3 + NO + O2 →N2 + H2O Metoda SNCR je využívána: v elektrárnách: Počerady, Mělník I., Třebovice, Kladno, v teplárnách Brno, České Budějovice, Olomouc, Tábor, Karviná ad., ve spalovnách (Praha - Malešice), cementárnách (např. Radotín) a dalších zařízeních 23.3.2017

Snižování NOx a vliv na kvalitu výluhu Metoda SNCR → z přebytku NH3 nevyužitého při reakci s NOx dochází k tvorbě amonných solí, zejména reakcí se sírou ((NH4)2SO4 a NH4HSO4) koncentrace zbytkového amoniaku v popílkách je obvykle vysoká (10 - 20 ppm) Vliv použití VEP s obsahem amonných solí: jako náhrady cementu do betonu, nebo při výrobě směsných pojiv dochází při kontaktu s alkalickými složkami k bouřlivé reakci → uvolnění toxického a dráždivého plynného čpavku využití jako stabilizátu v zemních konstrukcích – stejný efekt jako náhrada za přírodní kamenivo v nestmelené podobě → amonné soli v materiálu tělesa zemní konstrukce. Amonné soli jsou dobře rozpustné ve vodě a snadno přecházejí do výluhů 23.3.2017

Vliv amoniaku na zdraví a ekosystémy Amoniakální dusík se přirozeně vyskytuje téměř ve všech typech vod (ve formě disociovaných amonných iontů NH4+ v různém poměru s plynným amoniakem NH3) amoniak je velmi toxický pro vodní živočichy i v nízkých koncentracích proto je klasifikován jako nebezpečný pro životní prostředí (viz Směrnice 67/548/EHS) obvykle nepůsobí problémy člověku a savcům, protože mají specifický mechanismus eliminující amoniak v močovinovém cyklu. Úhyn ryb v řece Loučné (leden 2014) Amoniakální dusík velmi nestálý a dochází k nitrifikaci (oxidaci). NH3 + O2 → NO2− + O2 → NO3−, Dusitany jsou při požití toxické již i pro člověka. kontaminace horninového prostředí → zhoršení kvality podzemních i povrchových vod, může ohrozit blízký vodní zdroj přínos dusíkatých látek je nežádoucí → zvyšuje eutrofizaci a zhoršuje tak jejich kvalitu (vodní zdroj, koupání, chov ryb ad.) 23.3.2017

Závěr Mnoho úspěšných realizací aplikace VEP ve stavebnictví, dopravě a vodohospodářských staveb Poučení z neúspěšných realizací Postupný růst podílu využití VEP v průmyslu Vývoj legislativy ve prospěch využívání VEP jako druhotných surovin X Změna vlastností již vyzkoušených produktů způsobuje prudký pokles zájmu Nutnost nových zkoušek a vývoje nových postupů při zpracování VEP se znovu může stát pouze odpadem 23.3.2017

Děkujeme Vám za pozornost Thank you for your attention 23.3.2017