Бетон является одним из самых распространенных материалов на Земле благодаря своей высокой прочности и низкой стоимости, но он также является одним из крупнейших источников выбросов углекислого газа. Инженеры из Университета штата Вашингтон (WSU) разработали новый метод изготовления бетона, который поглощает больше углерода, чем выделяет.
Процесс производства цемента требует очень высоких температур, а для этого обычно требуется сжигание топлива, которое, конечно, выбрасывает CO2. Это можно частично компенсировать переходом на возобновляемые источники энергии, но химические реакции в смеси также выделяют огромное количество CO2, а этого сложнее избежать. В целом, по оценкам, на производство цемента приходится до 8% общих выбросов углекислого газа человечества.
Ученые корректируют формулу, чтобы попытаться уменьшить углеродный след бетона, заменяя известняком вулканическую породу или добавляя такие ингредиенты, как диоксид титана, строительные отходы, пищевая сода или глина, которые обычно выбрасываются во время добычи. Другие команды даже пытались использовать микроводоросли для выращивания необходимого известняка.
Для нового исследования исследователи WSU изучили новый метод с использованием биоугля, древесного угля, изготовленного из органических отходов. Хотя биоуголь и раньше добавляли в цемент, на этот раз команда сначала обработала его, используя сточные воды для промывки бетона. Это повысило его прочность и позволило смешать большее количество добавки. Но самое главное, биоуголь смог поглощать до 23% собственного веса углекислого газа из окружающего воздуха.
В ходе экспериментов команда создала цемент, содержащий 30% обработанного биоугля, и обнаружила, что полученный бетон был углеродоотрицательным — он на самом деле поглощал больше углекислого газа, чем выделялось при производстве материала. По расчетам исследователей, 1 кг (2,2 фунта) 30-процентного биоугля удаляет примерно на 13 г (-0,5 унции) CO2 больше, чем его производственные выбросы. Это может показаться не таким уж большим, но учитывая, что обычный бетон обычно выделяет около 0,9 кг (2 фунта) CO2 на 1 кг материала, это разительная разница.
Исследователи Жипэн Ли и Сяньмин Ши с образцами нового углеродоотрицательного бетона, Вашингтонский государственный университет
Команда говорит, что общая прибыль могла бы быть еще выше, если бы в их анализе учитывались различия ниже по течению. Например, использование биоугля в экологически чистых целях, как этот бетон, отвлекает биомассу, из которой он сделан, от других судеб, которые потенциально могут выделять больше CO2. Кроме того, ожидается, что новый бетон будет продолжать поглощать CO2 в течение срока службы, составляющего несколько десятилетий.
Важно отметить, что биоугольный бетон также сохраняет свою прочность. При измерении через 28 дней прочность бетона на сжатие составила 27,6 МПа (4003 фунта на кв. дюйм), что примерно соответствует прочности обычного бетона.
Исследователи планируют продолжить оптимизацию и масштабирование метода, а также проверить, как полученный бетон хорошо противостоит атмосферным воздействиям и другим видам повреждений.
Исследование опубликовано в журнале Materials Letters.
