Naukowcy opracowują beton bezwęglowy

Na Uniwersytecie Stanowym w Waszyngtonie opracowano realną formułę neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla, przyjaznego dla środowiska betonu, który jest prawie tak wytrzymały jak zwykły beton.

W swojej pracy sprawdzającej koncepcję naukowcy uzupełnili zwykły cement przyjaznym dla środowiska biowęglem, rodzajem węgla drzewnego wytwarzanego z odpadów organicznych, który został wstępnie utwardzony betonem kanalizacyjnym. Biowęgiel był w stanie wchłonąć do 23% swojej wagi dwutlenku węgla z powietrza, jednocześnie osiągając wytrzymałość porównywalną do zwykłego cementu.

Badania mogą znacznie zmniejszyć emisje dwutlenku węgla w przemyśle betonowym, który jest jednym z najbardziej energochłonnych i emisyjnych gałęzi przemysłu wytwórczego. Praca, kierowana przez doktoranta Zhipeng Li, została opublikowana w czasopiśmie pt. Litery materialne.

„Jesteśmy bardzo podekscytowani, że przyczyni się to do realizacji misji środowiska zbudowanego neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla” – powiedział Xianming Shi, profesor na Wydziale Inżynierii Lądowej i Środowiska WSU oraz autor korespondent w artykule.

Rocznie na całym świecie produkuje się ponad 4 miliardy ton betonu. Wytwarzanie zwykłego cementu wymaga wysokiej temperatury i spalania paliwa. Wapień używany do jego produkcji również ulega rozkładowi, w wyniku którego powstaje dwutlenek węgla, dlatego uważa się, że produkcja cementu odpowiada za około 8% wszystkich emisji dwutlenku węgla z działalności człowieka na całym świecie.

Naukowcy próbowali dodać biowęgiel jako substytut cementu, aby uczynić go bardziej przyjaznym dla środowiska i zmniejszyć ślad węglowy, ale dodanie 3% biowęgla znacznie obniżyło wytrzymałość betonu. Po oczyszczeniu biowęgla w betonowych ściekach naukowcy z WSU byli w stanie dodać do 30% biowęgla do swojej mieszanki cementowej. Szpachlówka wykonana z cementu modyfikowanego biowęglem była w stanie osiągnąć wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach w porównaniu do zwykłego cementu o wartości około 4000 psi.

„Jesteśmy zaangażowani w znalezienie nowych sposobów przekształcania strumieni odpadów w użyteczne zastosowania w betonie; po zidentyfikowaniu tych strumieni odpadów następnym krokiem jest zobaczenie, w jaki sposób możemy machnąć magiczną różdżką chemii i przekształcić ją w zasób”, Shi. „Sztuczka tkwi w inżynierii międzyfazowej — w jaki sposób zaprojektowałeś interfejsy w betonie”.

Żrąca woda do mycia betonu jest czasami problematycznym odpadem z produkcji betonu. Shi powiedział, że ścieki są silnie zasadowe, ale są także cennym źródłem wapnia. Naukowcy wykorzystali wapń do wywołania tworzenia się kalcytu, co jest korzystne dla biowęgla i ostatecznie betonu zawierającego biowęgiel.

„Większość innych badaczy była w stanie dodać tylko do 3% biowęgla, aby zastąpić cement, ale demonstrujemy stosowanie znacznie wyższych dawek biowęgla, ponieważ odkryliśmy, jak zaprojektować powierzchnię biowęgla” – powiedział.

Synergia między silnie alkalicznymi ściekami, które zawierają dużo wapnia, a wysoce porowatym biowęglem oznacza, że ​​węglan wapnia osadza się na lub w biowęglu, co utwardza ​​go i umożliwia pochłanianie dwutlenku węgla z powietrza. Oczekuje się, że beton wykonany z tego materiału będzie nadal pochłaniał CO2 przez cały okres eksploatacji betonu, zwykle przez 30 lat w chodniku lub 75 lat w przypadku mostu.

Aby skomercjalizować technologię, naukowcy współpracowali z Biurem Marketingu w celu ochrony własności intelektualnej i złożyli tymczasowy wniosek patentowy dotyczący ich betonowej pracy o ujemnym poziomie emisji dwutlenku węgla.