Исследователи разрабатывают эко

Автор: Университет штата Вашингтон, 22 апреля 2023 г.

Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали формулу бетона с отрицательным выбросом углерода, добавив в цемент биоуголь, что снижает выбросы углекислого газа в отрасли. Этот экологически чистый бетон достигает прочности, сравнимой с обычным цементом, поглощая до 23% своего веса CO2 из воздуха.

Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали формулу экологически чистого бетона с отрицательным выбросом углерода, который почти так же прочен, как традиционный бетон.

В ходе проверки концепции исследователи из Университета штата Вашингтон смешали стандартный цемент с биоуглем, разновидностью древесного угля, полученного из органических отходов, который ранее был обогащен сточными водами бетона. Биоуголь был способен поглощать до 23% своего веса углекислого газа из атмосферы, сохраняя при этом прочность, сравнимую с обычным цементом.

Исследование может значительно сократить выбросы углекислого газа в бетонной промышленности, которая является одной из самых энергоемких и углеродоемких из всех обрабатывающих отраслей. О работе, проводимой докторантом Чжипен Ли, сообщалось 10 апреля в журнале Materials Letters.

«Мы очень рады, что это внесет свой вклад в миссию по созданию окружающей среды с нулевым выбросом углерода», — сказал Сяньмин Ши, профессор кафедры гражданского и экологического строительства WSU и автор статьи.

Аспирант Чжипен Ли и профессор Сяньмин Ши Фото: Университет штата Вашингтон

Ежегодно в мире производится более 4 миллиардов тонн бетона. Изготовление обычного цемента требует высоких температур и сжигания топлива. Известняк, используемый в его производстве, также подвергается разложению, в результате которого образуется углекислый газ, поэтому считается, что на производство цемента приходится около 8% общих выбросов углерода в результате деятельности человека во всем мире.

Исследователи пытались добавить биоуголь в качестве заменителя цемента, чтобы сделать его более экологически чистым и уменьшить выбросы углекислого газа, но добавление даже 3% биоугля резко снизило прочность бетона. После обработки биоугля в сточных водах для промывки бетона исследователи из WSU смогли добавить до 30% биоугля в цементную смесь. Паста, изготовленная из цемента с добавками биоугля, через 28 дней смогла достичь прочности на сжатие, сравнимой с прочностью обычного цемента, составляющей около 4000 фунтов на квадратный дюйм.

«Мы стремимся найти новые способы перенаправить потоки отходов на полезное использование в бетоне; как только мы определим эти потоки отходов, следующим шагом будет увидеть, как мы можем взмахнуть волшебной палочкой химии и превратить их в ресурс», — сказал Ши. «На самом деле вся хитрость заключается в проектировании интерфейсов — в том, как вы проектируете интерфейсы в бетоне».

Едкие промывные воды из бетона иногда являются проблематичными отходами производства бетона. По словам Ши, сточные воды очень щелочные, но также служат ценным источником кальция. Исследователи использовали кальций, чтобы вызвать образование кальцита, который приносит пользу биоуглю и, в конечном итоге, бетону, включающему биоуголь.

«Большинство других исследователей смогли добавить только до 3% биоугля вместо цемента, но мы демонстрируем использование гораздо более высоких доз биоугля, потому что мы выяснили, как сконструировать поверхность биоугля», — сказал он.

Синергия между высокощелочными сточными водами, содержащими много кальция, и высокопористым биоуглем привела к тому, что карбонат кальция осаждался на биоуголь или в него, укрепляя его и позволяя улавливать углекислый газ из воздуха. Ожидается, что бетон, изготовленный из этого материала, будет продолжать связывать углекислый газ в течение всего срока службы бетона, обычно 30 лет для дорожного покрытия или 75 лет для моста.

Чтобы коммерциализировать эту технологию, исследователи сотрудничали с Управлением коммерциализации для защиты интеллектуальной собственности и подали предварительную заявку на патент на свою бетонную работу с отрицательным выбросом углерода. Недавно они получили стартовый грант от Вашингтонского исследовательского фонда для получения большего количества данных для различных вариантов использования. Они также активно ищут отраслевых партнеров из строительного сектора для расширения производства для полевых демонстраций и лицензирования этой технологии WSU.