Polski przemysł ceramiki budowlanej od lat wykorzystuje popioły lotne powstające w elektrowniach węglowych jako cenny dodatek surowcowy. Dziś, w obliczu przyspieszającej transformacji energetycznej i odchodzenia od węgla, producenci cegieł, pustaków i płytek ceramicznych muszą zmierzyć się z pytaniem o przyszłość dostępności tego antropogenicznego surowca. Eksperci wskazują, że bez popiołów nie tylko wzrosną koszty produkcji, ale ucierpieć mogą także parametry techniczne wyrobów.
- Popioły lotne to nieodpad, a pełnowartościowy surowiec antropogeniczny. Stosowane są jako zamiennik skaleni w masach ceramicznych, nadając wyrobom pożądane cechy. W najwyższym budynku świata – Burdż Chalifa – każdy metr sześcienny betonu zawierał 160-300 kg popiołu lotnego. PGE Ekoserwis wprowadza na rynek ponad 600 tys. ton popiołów rocznie z elektrowni Grupy PGE, kierując je m.in. do producentów ceramiki budowlanej.
- Węgiel zastępowany jest gazem i OZE, co oznacza stopniowy zanik popiołów. Elektrownie gazowe nie produkują ubocznych produktów spalania. Prognozy zapotrzebowania na węgiel są rozbieżne – od 30 mln ton według KPEiK do zaledwie 10 mln ton w 2034 według planów PSE. Dla branży ceramicznej to sygnał, że dostępność popiołów będzie systematycznie maleć, a jedynym potencjalnym zamiennikiem są popioły z biomasy, które wymagają dostosowania technologii.
- Branża ceramiczna przeżywa już kryzys związany z cenami energii. Cerrad w 2022 zmuszony był wstrzymać trzy z siedmiu linii produkcyjnych i zwolnić 350 pracowników, gdy rachunki za gaz wzrosły z 4 mln zł miesięcznie do 60 mln zł. Dziś ceny gazu są niższe (ok. 300 zł/MWh wobec 100 zł przed kryzysem), ale nadal wysokie. Do odbudowy sektora potrzeba co najmniej dwóch lat dobrej koniunktury, a tymczasem nadchodzi kolejne wyzwanie – brak popiołów.
Popioły lotne to drobnoziarniste pozostałości po spalaniu węgla kamiennego lub brunatnego w elektrowniach i elektrociepłowniach. Przez dekady traktowane były wyłącznie jako uciążliwy odpad, który wymagał kosztownego składowania. Dziś sytuacja wygląda zupełnie inaczej. W świetle przepisów o gospodarce obiegu zamkniętego popioły lotne uznawane są za pełnowartościowy surowiec antropogeniczny, czyli wytworzony przez człowieka, który z powodzeniem zastępuje kruszywa naturalne.
Jak podkreślają specjaliści z branży materiałów budowlanych, zróżnicowane właściwości fizyczne, chemiczne i mineralogiczne oraz masowość powstawania popiołów lotnych pozwalają na ich szerokie wykorzystanie w wielu dziedzinach gospodarki. Przemysł materiałów budowlanych jest tu jednym z najważniejszych odbiorców – popioły trafiają do produkcji betonu, cementu, klinkieru cementowego, kruszyw lekkich, a także właśnie ceramiki budowlanej.
Zastosowanie popiołów lotnych w technologiach produkcyjnych, poza zyskami ekologicznymi i ekonomicznymi, przynosi również korzyści techniczne. Dodatek popiołów nadaje szereg pożądanych cech produktom wytwarzanym z ich udziałem. W przypadku ceramiki budowlanej popioły lotne mogą być stosowane jako zamiennik popularnie używanych skaleni w masach ceramicznych.
Giganci budowlani stawiają na popiół
Skala zastosowania popiołów lotnych w nowoczesnym budownictwie jest imponująca. Przykłady z całego świata pokazują, że bez tego surowca nie powstałyby najsłynniejsze współczesne konstrukcje. Najwyższy budynek świata – Burdż Chalifa w Dubaju, wznoszący się na wysokość 828 metrów – pochłonął 330 tysięcy metrów sześciennych betonu, przy czym w każdym metrze sześciennym znajdowało się od 160 do 300 kilogramów kwalifikowanego popiołu lotnego.
Równie spektakularne zastosowania miały miejsce przy budowie Petronas Towers w Kuala Lumpur czy One World Trade Center w Nowym Jorku, gdzie wszystkie mieszanki betonowe zawierały dodatki mineralne, w tym popiół lotny, żużel wielkopiecowy i pył krzemionkowy.
W Polsce głównym graczem na rynku popiołów lotnych jest PGE Ekoserwis, spółka odpowiedzialna za zagospodarowanie ubocznych produktów spalania z elektrowni i elektrociepłowni należących do Grupy PGE. Firma oferuje całą gamę produktów opartych na popiołach lotnych, kierując swoją ofertę między innymi do cementowni, wytwórni betonu towarowego, a także producentów ceramiki budowlanej.
Rocznie PGE Ekoserwis wprowadza na rynek drogowy w Polsce ponad 600 tysięcy ton spoiw, a łączne strumienie ubocznych produktów spalania, którymi zarządza spółka, idą w miliony ton.
Dwa oblicza popiołów – pyłowe i fluidalne
W zależności od technologii spalania węgla powstają różne rodzaje popiołów, które znajdują nieco odmienne zastosowania w przemyśle. Popiół lotny krzemionkowy, powstający w konwencjonalnych kotłach pyłowych, to materiał o bardzo drobnych, kulistych ziarnach. Wieloletnie badania naukowe potwierdzone szerokim zakresem praktycznego wykorzystania świadczą na korzyść zastosowania tego typu popiołów w budownictwie.
Osobną kategorię stanowi popiół lotny fluidalny, powstający w procesie spalania węgla w kotłach z paleniskami fluidalnymi, gdzie temperatura złoża jest niższa i wynosi około 850 stopni Celsjusza. Charakterystyczną cechą tych popiołów jest zawartość dużej ilości postaci amorficznej glinokrzemianów oraz duża aktywność występującego w nich tlenku wapnia. Popioły z kotłów fluidalnych wykazują dużą aktywność pucolanową i mają właściwości hydrauliczne.
Tworzące je ziarna o nieregularnych kształtach oraz agregaty ziarnowe zapewniają popiołom dużą powierzchnię właściwą. W zależności od źródła pochodzenia oraz rodzaju paliwa zawartość siarki w popiołach lotnych fluidalnych jest na poziomie kilku procent, a wolnego tlenku wapnia na poziomie kilku do kilkunastu procent.
Właśnie te popioły fluidalne znajdują zastosowanie między innymi do produkcji ceramiki i prefabrykatów budowlanych, a także w budownictwie drogowym i kolejowym.
Gaz zamiast węgla. Czy popioły znikną?
Kluczowym problemem, przed którym stoi dziś branża ceramiki budowlanej, jest nie tyle sama transformacja energetyczna, co jej kierunek. Zastępowanie węglowych źródeł energii gazowymi, przy jednoczesnym rozwoju odnawialnych źródeł, oznacza stopniowy zanik produkcji popiołów lotnych.
Elektrownie gazowe nie produkują popiołów – to podstawowa różnica technologiczna. Gaz ziemny spala się praktycznie bez pozostałości mineralnych, co jest jego ogromną zaletą z punktu widzenia emisyjności i gospodarki odpadami, ale jednocześnie przekreśla możliwość pozyskiwania ubocznych produktów spalania.
W efekcie, im szybciej Polska będzie odchodzić od węgla w energetyce, tym mniej popiołów lotnych będzie trafiać na rynek. A to oznacza, że producenci ceramiki budowlanej, betonów i cementu staną przed koniecznością poszukiwania alternatywnych domieszek lub powrotu do w pełni naturalnych surowców.
Czy biomasa uratuje sytuację?
Potencjalnym rozwiązaniem mogłoby być wykorzystanie popiołów powstających ze spalania biomasy. W ostatnich latach elektrownie i elektrociepłownie wdrażają systemy pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych, a biomasa jest współspalana z węglem lub spalana samodzielnie.
Porównując właściwości węgla kamiennego i biomasy, należy stwierdzić, że jakościowo podstawowy skład pierwiastkowy jest taki sam, natomiast różnice występują w składzie ilościowym. Biomasa zawiera średnio czterokrotnie więcej tlenu oraz dwukrotnie mniej węgla. Ponadto wykazuje stosunkowo niską zawartość azotu oraz siarki.
Problem jednak w tym, że popioły z biomasy różnią się znacząco od popiołów węglowych. Biomasę charakteryzuje dużo wyższa zawartość związków alkalicznych, zwłaszcza potasu, wapnia i fosforu oraz znaczna ilość agresywnego chemicznie chloru. Wysoka zawartość części lotnych w biomasie, 2,5-krotnie wyższa niż w przypadku węgla, powoduje zmianę warunków zapłonu, utrudniając kontrolę przebiegu procesu spalania.
Naukowcy z Politechniki Częstochowskiej podejmują jednak próby wykorzystania popiołów lotnych ze spalania biomasy w produkcji ceramicznych materiałów spiekanych. Badania obejmują jakościową ocenę tych odpadów wraz z możliwością zastosowania ich w miejsce popularnie stosowanych skaleni w masach ceramicznych.
Transformacja energetyczna a dostępność surowca
Skala wyzwania staje się jasna, gdy spojrzymy na prognozy dotyczące odchodzenia od węgla. Rządowy Krajowy plan na rzecz energii i klimatu zakłada, że pod koniec dekady zapotrzebowanie na węgiel wyniesie około 30 milionów ton. Jednak plan rozwoju sieci przesyłowej sporządzony przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne mówi już o zaledwie 10 milionach ton w 2034 roku.
Różnica między tymi prognozami jest kolosalna i pokazuje, jak trudno precyzyjnie określić tempo transformacji. Wiceminister klimatu i środowiska Urszula Zielińska przyznaje, że w zależności od przyjętego scenariusza, w tym nowych inwestycji w odnawialne źródła energii, prognozy zapotrzebowania na węgiel mogą być jeszcze niższe.
Dla producentów ceramiki budowlanej oznacza to konieczność przygotowania się na scenariusz, w którym dostępność popiołów lotnych będzie stopniowo, ale systematycznie maleć. Pytanie nie brzmi już „czy”, ale „jak szybko” to nastąpi.
Ceramika budowlana w ogniu kryzysu
Branża ceramiki budowlanej w Polsce ma za sobą wyjątkowo trudne lata. Kryzys energetyczny, który uderzył w Europę w 2022 roku, pokazał, jak bardzo przemysł ten jest wrażliwy na koszty energii. Firma Cerrad, jeden z największych producentów płytek ceramicznych w Polsce, zmuszona była do wstrzymania pracy trzech z siedmiu linii produkcyjnych oraz ogłoszenia zwolnień grupowych obejmujących 350 pracowników.
Jak tłumaczył w rozmowie z portalem WysokieNapiecie.pl Filip Cegłowski, członek zarządu Cerradu, branża ceramiki budowlanej jest technologicznie skazana na gaz. Przed kryzysem energetycznym, przy normalnym obciążeniu linii produkcyjnych, rachunki grupy za gaz wynosiły miesięcznie około 4 milionów złotych. W sierpniu 2022 roku, gdy ceny osiągnęły rekordowy poziom, za tę samą ilość gazu trzeba byłoby zapłacić ponad 60 milionów złotych.
W 2022 roku na zakup gazu Cerrad wydał więcej niż przez wszystkie wcześniejsze lata istnienia grupy, która powstała w 1994 roku.
Choć ceny gazu wróciły do niższych poziomów, wciąż są znacznie wyższe niż przed kryzysem. Na Towarowej Giełdzie Energii ceny wynoszą obecnie około 300 złotych za MWh, podczas gdy w poprzednich latach było to około 100 złotych.
2 lata na odbudowę
Przedstawiciele branży studzą optymizm. Nawet jeśli ceny gazu nie wrócą do poziomu sprzed kryzysu, to do odbudowy sektora ceramiki budowlanej w Polsce po ubiegłorocznych problemach będzie potrzebne co najmniej dwa lata dobrej koniunktury na rynku.
Problem w tym, że równocześnie z wyzwaniami cenowymi na rynku energii, branża musi mierzyć się z perspektywą ograniczenia dostaw jednego z kluczowych surowców dodatkowych, jakim są popioły lotne.
W obliczu spadającej podaży popiołów węglowych producenci ceramiki będą zmuszeni do poszukiwania alternatyw. Jedną z nich mogą być wspomniane już popioły z biomasy, choć wymagają one dostosowania technologii produkcji. Innym kierunkiem jest zwiększenie wykorzystania surowców naturalnych, takich jak skalenie, które popioły miały częściowo zastępować. To jednak oznacza wzrost kosztów i większą presję na środowisko naturalne związane z eksploatacją złóż.
Częściowym rozwiązaniem może być również zwiększenie wykorzystania innych ubocznych produktów przemysłowych, takich jak żużle wielkopiecowe czy pyły krzemionkowe. Jednak ich dostępność również może być ograniczona w miarę transformacji całego przemysłu w kierunku niskoemisyjnym.
Czas na decyzje
Dla producentów ceramiki budowlanej nadchodzące lata będą okresem trudnych decyzji inwestycyjnych. Z jednej strony muszą modernizować zakłady, by sprostać rosnącym kosztom energii i wymogom środowiskowym. Z drugiej – muszą zabezpieczyć dostawy surowców w sytuacji, gdy jeden z kluczowych dodatków może wkrótce zniknąć z rynku.
Eksperci wskazują, że niezbędne jest wypracowanie strategii dla całego sektora, która pozwoliłaby na stopniowe dostosowanie technologii do nowej rzeczywistości surowcowej. W grę wchodzi nie tylko konkurencyjność polskich producentów, ale także utrzymanie tysięcy miejsc pracy w sektorze.
Jak pokazują doświadczenia Cerradu, branża ceramiki budowlanej jest odporna, ale ma swoje granice wytrzymałości. Kryzys energetyczny zweryfikował, jak wiele firm jest w stanie znieść. Teraz przed producentami kolejne wyzwanie – tym razem związane nie z ceną energii, ale z dostępnością surowca, który przez dekady był tani i powszechny.
Fot. PIRS Polska
Opracowano na podstawie: artykułu naukowego dr Anny Zawady i mgr inż. Ilony Lisieckiej z Politechniki Częstochowskiej opublikowanego w piśmie „Szkło i Ceramika” 4/2014, materiałów PGE Ekoserwis z maja 2025 roku, raportów Tauron dotyczących popiołów fluidalnych, analiz portalu WysokieNapiecie.pl dotyczących kryzysu w branży ceramicznej, danych Polskich Sieci Elektroenergetycznych oraz informacji Ministerstwa Klimatu i Środowiska.