Nowe dodatki mogą zmienić beton w skuteczny pochłaniacz dwutlenku węgla
CanvaPomimo wielu zalet betonu jako nowoczesnego materiału budowlanego, w tym jego wysokiej wytrzymałości, niskich kosztów i łatwości wytwarzania, jego produkcja odpowiada obecnie za około 8% światowej emisji dwutlenku węgla. Ostatnie odkrycia zespołu z MIT ujawniły, że wprowadzenie nowych materiałów do istniejących procesów produkcji betonu może znacznie zmniejszyć ten ślad węglowy, bez zmiany właściwości mechanicznych produktu. Wyniki opublikowano w czasopiśmie PNAS Nexus.
Beton to po wodzie drugi najczęściej zużywany materiał na świecie i kamień węgielny nowoczesnej infrastruktury. Jednak podczas jego produkcji uwalniane są do atmosfery duże ilości dwutlenku węgla, co jest poważnym problemem. Około połowa emisji związanych z produkcją betonu pochodzi ze spalania paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa i gaz ziemny, które są wykorzystywane do podgrzewania mieszanki wapienia i gliny. Ta ostatecznie staje się szarym proszkiem znanym jako zwykły cement portlandzki (OPC).
Podczas gdy energię potrzebną do tego procesu ogrzewania można ostatecznie zastąpić energią elektryczną wytwarzaną z odnawialnych źródeł słonecznych lub wiatrowych, druga połowa emisji jest nieodłącznie związana z samym materiałem: ponieważ mieszanka mineralna jest podgrzewana do temperatur powyżej 1400 stopni Celsjusza (2552 stopni Fahrenheita), przechodzi chemiczną przemianę z węglanu wapnia i gliny w mieszaninę klinkieru (składającego się głównie z krzemianów wapnia) i dwutlenku węgla. Ten ostatni ulatnia się.
Kiedy OPC jest mieszany z wodą, piaskiem i żwirem podczas produkcji betonu, staje się silnie zasadowy, tworząc pozornie idealne środowisko do sekwestracji i długotrwałego magazynowania dwutlenku węgla w postaci materiałów węglanowych (to proces znany jako karbonizacja). Pomimo potencjału betonu do naturalnej absorpcji dwutlenku węgla z atmosfery, gdy te reakcje normalnie zachodzą, głównie w utwardzonym betonie, mogą zarówno osłabić materiał, jak i obniżyć wewnętrzną zasadowość, co przyspiesza korozję prętów zbrojeniowych. Procesy te ostatecznie niszczą nośność budynku i negatywnie wpływają na jego długoterminowe właściwości mechaniczne.
Problem z reakcjami karbonatyzacji po utwardzeniu polega na zaburzeniu struktury i składu chemicznego matrycy cementującej, która jest bardzo skuteczna w zapobieganiu korozji stali prowadzącej do degradacji. Natomiast odkryte przez badaczy nowe ścieżki sekwestracji dwutlenku węgla polegają na bardzo wczesnym tworzeniu się węglanów podczas mieszania i wylewania betonu, zanim materiał zwiąże, co może w dużej mierze wyeliminować szkodliwe skutki pochłaniania dwutlenku węgla po utwardzeniu materiału.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Kluczem do nowego procesu jest dodanie jednego prostego, niedrogiego składnika: wodorowęglanu sodu, inaczej zwanego sodą oczyszczoną. W testach laboratoryjnych wykorzystujących zastąpienie wodorowęglanem sodu zespół wykazał, że do 15% całkowitej ilości dwutlenku węgla związanego z produkcją cementu może zostać zmineralizowanych na tych wczesnych etapach – wystarczająco dużo, aby potencjalnie spowodować znaczące zmniejszenie globalnego śladu węglowego produktu.
Co więcej, uzyskany beton wiąże się znacznie szybciej poprzez tworzenie wcześniej nieopisanej fazy kompozytowej, bez wpływu na jego właściwości mechaniczne. Dzięki temu procesowi branża budowlana może być bardziej produktywna: szalunki można usunąć wcześniej, skracając czas potrzebny do ukończenia mostu lub budynku.
– Kompozyt, mieszanka węglanu wapnia i uwodnionego krzemu wapnia, jest całkowicie nowym materiałem – twierdzi Admir Masic, zaangażowany w badania. – Ponadto, dzięki jego formowaniu, możemy podwoić właściwości mechaniczne betonu na wczesnym etapie. Chociaż obecnie nie jest jasne, w jaki sposób powstawanie tych nowych faz wpłynie na długoterminowe właściwości betonu, te nowe odkrycia sugerują optymistyczną przyszłość dla rozwoju materiałów budowlanych neutralnych pod względem emisji dwutlenku węgla.
Chociaż pomysł karbonatyzacji betonu na wczesnym etapie nie jest nowy, obecne odkrycia zespołu MIT podkreślają fakt, że zdolność betonu do sekwestracji dwutlenku węgla była w dużej mierze niedoceniana i niedostatecznie wykorzystywana.
– Nasze nowe odkrycie można dodatkowo połączyć z innymi niedawnymi innowacjami w opracowywaniu domieszek do betonu o niższym śladzie węglowym, aby zapewnić znacznie bardziej ekologiczne, a nawet ujemne pod względem emisji dwutlenku węgla materiały budowlane dla środowiska budowlanego, zamieniając beton z problemu w część rozwiązania –dodaje Masic.
Źródło: MIT
