Naukowcy opracowują przyjazny dla środowiska beton o ujemnej emisji dwutlenku węgla

Naukowcy z Washington State University opracowali neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla, przyjazną dla środowiska formułę betonu, która jest prawie tak mocna jak konwencjonalny beton.

W pracy sprawdzającej koncepcję naukowcy z Washington State University wprowadzili standardowy cement z biowęglem, rodzajem węgla drzewnego wytwarzanego z odpadów organicznych, które zostały wstępnie wzmocnione betonowymi ściekami. Biowęgiel był w stanie wchłonąć do 23% swojej wagi dwutlenku węgla z atmosfery, zachowując jednocześnie 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.

Absolwent Zhipeng Li i profesor Xianming Shi. Źródło: Washington State University

Rocznie na całym świecie produkuje się ponad 4 miliardy ton betonu. Wytwarzanie zwykłego cementu wymaga wysokich temperatur 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 korzystne zastosowania w betonie; po zidentyfikowaniu tych strumieni odpadów następnym krokiem jest zobaczenie, jak możemy machnąć magiczną różdżką chemii i przekształcić ją w zasób” – powiedział 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. Niedawno otrzymali grant początkowy od Washington Research Foundation, aby uzyskać więcej danych dla różnych przypadków użycia. Aktywnie poszukują także partnerów branżowych z sektora budowlanego, aby skalować produkcję na potrzeby demonstracji w terenie i licencjonować tę technologię WSU.

Wpisz swój dziennik: Odniesienie: „W kierunku zrównoważonego przemysłowego zastosowania betonu o ujemnej emisji dwutlenku węgla: Synergiczne wychwytywanie dwutlenku węgla przez wodę do mycia betonu i biowęgiel” Zhipeng Li i Xianming Shi, 10 kwietnia 2023 r., Dostępne tutaj. Litery materialne.
DOI: 10.1016/j.matlet.2023.134368