Вчені розробили екологічно чистий бетон із негативним викидом вуглецю

У дослідницькій роботі дослідники з Університету штату Вашингтон наповнили стандартний цемент біовугіллям, різновидом деревного вугілля, виробленого з органічних відходів, які раніше збагачували бетонними стічними водами. Біовугілля змогло поглинути до 23% своєї ваги вуглекислого газу з атмосфери, але все ще зберігало міцність, порівнянну зі звичайним цементом.

Дослідження може значно скоротити викиди вуглецю в бетонній промисловості, яка є однією з найбільш енергоємних і вуглецевих галузей промисловості. Про роботу під керівництвом докторанта Чжіпена Лі повідомляється в журналі Materials Letters.

«Ми дуже раді, що це сприятиме місії створення середовища з нульовим викидом вуглецю», — сказав Сяньмін Ши, професор кафедри цивільної та екологічної інженерії WSU та відповідний автор статті.

Щорічно у світі виробляється понад 4 мільярди тонн бетону. Виробництво звичайного цементу вимагає високих температур і спалювання палива. Вапняк, який використовується для його виробництва, також розкладається, у результаті чого утворюється вуглекислий газ, тому вважається, що виробництво цементу відповідає за приблизно 8% загальних викидів вуглецю в результаті діяльності людини в усьому світі.

Дослідники спробували додати біовугілля як замінник цементу, щоб зробити його більш екологічним і зменшити його вуглецевий слід, але додавання навіть 3% біовугілля різко знизило міцність бетону. Після обробки біовугілля у стічних водах змиву бетону дослідники WSU змогли додати до цементної суміші до 30% біовугілля. Паста, виготовлена ​​з цементу, доповненого біовугіллям, досягла міцності на стиск через 28 днів, порівнянної зі звичайним цементом, приблизно 4000 фунтів на квадратний дюйм.

«Ми прагнемо знайти нові способи перенаправлення потоків відходів для корисного використання в бетоні; Коли ми визначимо ці потоки відходів, наступним кроком буде побачити, як ми можемо змахнути чарівною паличкою хімії та перетворити їх на ресурс», — сказав Ши. «Фокус насправді полягає в розробці інтерфейсів — у тому, як ви створюєте інтерфейси в бетоні».

Вода для промивання їдкого бетону іноді є проблемним відходом виробництва бетону. Стічні води дуже лужні, але також є цінним джерелом кальцію, сказав Ши. Дослідники використовували кальцій, щоб викликати утворення кальциту, що приносить користь біовуглу і, зрештою, бетону, що містить біовугілля.

«Більшість інших дослідників змогли додати лише до 3% біовугілля, щоб замінити цемент, але ми демонструємо використання набагато вищих доз біовугілля, тому що ми з’ясували, як створити поверхню біовугілля», — сказав він.

Синергія між високолужними стічними водами, які містять багато кальцію, та високопористим біовугіллям призвело до того, що карбонат кальцію осідає на або в біовугіллі, зміцнюючи його та сприяючи захопленню вуглекислого газу з повітря. Очікується, що бетон, виготовлений із цього матеріалу, продовжуватиме поглинати вуглекислий газ протягом усього терміну служби бетону, як правило, 30 років у тротуарі або 75 років у мосту.

Щоб комерціалізувати цю технологію, дослідники співпрацювали з Управлінням з комерціалізації, щоб захистити інтелектуальну власність, і подали попередню заявку на патент на свою вуглецево-негативну бетонну роботу. Нещодавно вони отримали початковий грант від Вашингтонського науково-дослідного фонду для отримання додаткових даних для різноманітних випадків використання. Вони також активно шукають галузевих партнерів із будівельного сектору для розширення виробництва для польових демонстрацій і ліцензування цієї технології WSU.