Jednak pomimo swoich zalet, współczesny beton ma pewną poważną wadę – jego podstawowym składnikiem jest cement portlandzki. Co w tym złego? Podczas jego wytwarzania, na każdą tonę gotowego produktu do atmosfery zostaje wyemitowana tona dwutlenku węgla. Szacuje się, że cementownie na całym świecie odpowiadają za aż 8% globalnych emisji tego gazu cieplarnianego. Wysoka emisja jest spowodowana, po pierwsze przez potrzebę wyżarzania surowców w temperaturze bliskiej 1500 °C, w piecach opalanych zazwyczaj miałem węglowym. Dopiero w tak wysokiej temperaturze zachodzą przemiany, podczas których powstaje cement. Wysoka energochłonność tego procesu to nie jedyny problem – dwutlenek węgla jest także produktem ubocznym przebiegających reakcji.

Co można zrobić, żeby ograniczyć ilość emitowanego CO₂ w sektorze budowlanym? Czy istnieją materiały, które mogłyby zastąpić beton na bazie cementu portlandzkiego? Odpowiedź jest twierdząca – są nimi geopolimery. Geopolimery są grupą syntetycznych, nieorganicznych polimerów glinokrzemianowych. Przepis na nie jest prosty. Wystarczy do bogatego w tlenki glinu i krzemu surowca dodać silnie zasadowego związku, takiego jak wodorotlenek sodu lub potasu, oraz krzemianu sodu. Wówczas, aktywowane chemicznie glinokrzemiany najpierw ulegną rozpuszczeniu, a następnie zaczną formować się w długie łańcuchy w reakcji poliaddycji. W konsekwencji powstanie amorficzna lub częściowo krystaliczna, przestrzenna struktura szkieletowa, utworzona z połączonych czworościanów [SiO₄]^4- i [AlO₄]^5-, a także stabilizujących je kationów metali oraz związanej wody.

Badania geopolimerów są rozwijane przede wszystkim pod kątem ich wykorzystania w budownictwie, jako beton nowej generacji. Wynika to z ich doskonałych właściwości mechanicznych, które pozwalają konkurować betonom geopolimerowym z tymi opartymi na cemencie portlandzkim. Właściwości te, to wysoka wytrzymałość na ściskanie i zginanie (przekraczająca nieraz wytrzymałość tradycyjnych betonów), wysoka kwasoodporność oraz odporność na chlorki i siarczany, odporność na działanie czynników atmosferycznych, mrozoodporność, a także doskonała adhezja ze stalą oraz lepsza (w stosunku do tradycyjnego betonu) ochrona zbrojenia przed korozją. Przede wszystkim jednak, proces wytwarzania geopolimerów nie wymaga wyżarzania. Dzięki temu możliwa jest redukcja emisji CO₂ nawet o 80%. Kolejną zaletą jest możliwość wykorzystania bogatych w glinokrzemiany odpadów z innych gałęzi przemysłu, takich jak żużel wielkopiecowy, mikrokrzemionka, a także powstający w trakcie spalania paliw popiół lotny oraz tzw. czerwony szlam, czyli toksyczny produkt uboczny wytwarzania aluminium z boksytów.

Badania nad geopolimerami trwają od około 50 lat, zatem jest to względnie nowa grupa materiałów. Zaskakujący może być jednak fakt, iż z pewnej odmiany betonu geopolimerowego korzystali już Starożytni Rzymianie. Posłużyli się nim m. in. podczas budowy słynnej kopuły Panteonu. Przypuszcza się również, że z podobnego materiału budowlanego mogli korzystać Starożytni Egipcjanie, a także budowniczowie prekolumbijskiego miasta Tiahuanaco w Boliwii.

Bibliografia

• https://youtu.be/UmnFTffYM3w
• Sotelo-Piña, Carlos, Aguilera-González, Elsa Nadia, and Martínez-Luévanos, Antonia. "Geopolymers: Past, Present, and Future of Low Carbon Footprint Eco-materials." Handbook of Ecomaterials. Cham: Springer International, 2019. 2765-785. Web
• https://youtu.be/rf9qK9QTlq0