После воды, бетон является наиболее потребляемым материалом в мире и является основой строительства во всем мире, а воздействие производства бетона на окружающую среду является значительным. Исследователи обнаружили, что использование в производстве недорогого и легкодоступного ингредиента может сделать бетон решением проблемы климата, а не злодеем.
Как строительный материал бетон имеет много преимуществ: он очень прочен, прост в изготовлении и недорог. Но его недостаток в том, что он не очень безопасен для окружающей среды. Производство бетона является крупнейшей промышленной причиной загрязнения углекислым газом, на долю которого приходится 8 % глобальных выбросов углекислого газа.
Бетон производится путем смешивания цемента с заполнителем, зернистой смесью материалов, таких как камень и песок. При обжиге известняка, глины и других материалов в печи получается знакомый серый порошок, обычный портландцемент (OPC). Углекислый газ выделяется при обжиге материала и в результате химической реакции, происходящей при нагревании смеси. По данным Национальной ассоциации производителей товарного бетона, каждый фунт (0,45 кг) произведенного бетона выделяет 0,93 фунта (0,42 кг) углекислого газа.
В то время как процесс сжигания может быть изменен с использования ископаемого топлива на использование электричества из возобновляемых источников энергии, второй источник выбросов углекислого газа, химическая реакция, представляет больше проблем. Когда минеральная смесь нагревается до температуры выше 2552 ° F (1400 ° C), она превращается из карбоната кальция и глины в смесь клинкера — прежде всего силикатов кальция — и углекислого газа. Этот углекислый газ затем выделяется в воздух.
Со временем углекислый газ в атмосфере вступает в реакцию с оксидом кальция в бетоне, минерализуя углекислый газ в карбонат кальция в процессе, известном как карбонизация. Карбонизация — это процесс, обратный тому, что происходит при производстве бетона.
В то время как карбонизация позволяет бетону поглощать (улавливать и хранить) углекислый газ, она также может ослабить бетон, особенно отвержденный бетон, снижая его внутреннюю щелочность и приводя к коррозии стали, которая использовалась в качестве арматуры. Отверждение — это процесс поддержания уровня влажности внутри монолитного бетона, в результате чего бетон становится более прочным, долговечным и менее пористым.
Группа исследователей из Массачусетского технологического института разработала способ решения проблемы двуокиси углерода на ранних стадиях, во время смешивания и заливки бетона до того, как материал схватится, путем введения очень недорогого ингредиента: бикарбоната натрия, также известного как пищевая сода.
Исследователи обнаружили, что при добавлении заменителя бикарбоната натрия на ранних стадиях может быть минерализовано до 15% общего количества углекислого газа, связанного с производством цемента. Композит, используемый исследователями, представляет собой смесь карбоната кальция и гидрата кремния кальция, совершенно нового материала.
«Все это очень интересно, потому что наше исследование продвигает концепцию многофункционального бетона за счет включения дополнительных преимуществ минерализации углекислого газа во время производства и заливки», — сказал Адмир Масич, соответствующий автор исследования.
Кроме того, » новый» бетон схватывается быстрее, не теряя при этом своих механических характеристик. Исследователи говорят, что это позволит строительной отрасли выполнять работы быстрее.
Карбонизация бетона на ранней стадии не нова, но открытие Массачусетского технологического института подчеркивает способность улавливать углекислый газ на стадии предварительного отверждения.
«Наше новое открытие можно объединить с другими недавними инновациями в области разработки добавок к бетону с более низким углеродным следом, чтобы обеспечить гораздо более экологичные и даже углеродно-отрицательные строительные материалы для застроенной среды, превратив бетон в проблему. частью решения», — сказал Масич.
Исследования долгосрочных характеристик бетона продолжаются.
Исследование было опубликовано в журнале PNAS Nexus. .
