Skip to main content

Цемент может быть (более) экологически безопасным материалом

Centro de Interpretação do Românico / spaceworkers.  Изображение © Фернандо Герра |  FG + SG

«Если бы цементная промышленность была страной, она была бы третьим по величине источником выбросов углекислого газа в мире (около 2,8 миллиарда тонн), уступая только Китаю и Соединенным Штатам». Это заявление Люси Роджерс в сообщении BBC об экологическом следе бетона выглядит весьма шокирующим. Ежегодно производя более 4 миллиардов тонн, на цемент приходится около 8 процентов глобальных выбросов CO2, и он является ключевым элементом в производстве бетона, самого производимого продукта в мире. Чтобы дать вам представление, на человека в мире ежегодно производится около полутонны бетона, чего достаточно для строительства 11 000 зданий Эмпайр-стейт. Есть ли способ уменьшить это влияние с такими огромными числами?

Для производства цемента известняк, глина и песок нагреваются в очень горячих печах, температура которых достигает 1450 ° C. При этом образуется клинкер, который затем смешивается с гипсом и другими добавками, такими как пуццолан, известняк и другие. Цемент составляет около 10% бетонной смеси. Другими основными компонентами являются песок, гравий (крупный и мелкий заполнитель) и вода. В производстве цемента есть два основных процесса, которые приводят к выбросам углекислого газа. Согласно этой статье Робби М. Эндрю, первая — это химическая реакция, участвующая в производстве основного компонента цемента, клинкера, поскольку карбонаты (в основном CaCO3, содержащийся в известняке) расщепляются на оксиды (в основном известь, CaO) и CO2, когда с подогревом. Второй источник выбросов — это использование ископаемого топлива для выработки значительного количества энергии, необходимой для нагрева сырых ингредиентов до температуры более 1000 ° C. Другими словами, во время производства бетона потребляется большое количество топлива (обычно из невозобновляемых источников, таких как нефтяной кокс, бензин или природный газ), и выделяются различные загрязняющие газы, включая монооксид и диоксид углерода. Согласно этому исследованию, «химическая реакция прокаливания является причиной примерно 52% выбросов CO2 в процессе производства клинкера, а остальное приходится на потребление энергии. (…) Принимая во внимание потребление энергии, на каждую 1000 кг произведенного клинкера в среднем образуется около 815 кг CO2 в процессе производства клинкера ».

© Файззамаль (Shutterstock)

Можно частично уменьшить это влияние. Если большинство выбросов происходит при производстве клинкера, замена его другими материалами может иметь большое значение. Дополнительные цементирующие материалы (SCM), как правило, представляют собой побочные продукты из других отраслей промышленности, такие как шлак от производства стали и меди, формовочный песок от операций плавки металлов, а также летучая зола, зольный остаток и синтетический гипс от электроэнергетики. Заменяя часть клинкера этими материалами, бетон приобретает новые характеристики, которые могут быть желательными в некоторых случаях, но в основном демонстрируют замечательную способность сокращать выбросы CO2. Другая возможность — вулканический пепел, альтернатива цементу, известная на протяжении тысячелетий и позволившая грекам и римлянам возводить здания настолько устойчивые, что с тех пор они остаются на месте. Нагревая известь и вулканический пепел примерно до 900 ° C, а затем смешивая их с морской водой, можно получить чрезвычайно прочный и стабильный материал.

Но инновации могут пойти еще дальше. CarbonCure, например, совершенно по-другому стремится снизить выбросы углекислого газа. Канадский стартап разработал процесс под названием CO2 Mineralization, который заключается в введении углекислого газа в бетонную смесь и его реакции с ионами кальция в цементе с образованием наноразмерного минерала, карбоната кальция, который внедряется в бетон и превращается в него. более стойкий.

Centro de Interpretação do Românico / spaceworkers.  Изображение © Серхио Пирроне

Solidia Tech экспериментирует с новым рецептом цемента, в котором известняк заменяется минеральным волластонитом, который не выделяет углекислый газ, так как не требует нагрева. Кроме того, он улавливает углекислый газ из воздуха во время процесса отверждения, создавая продукт с отрицательными выбросами. Как показано в этой статье, цементобетонные блоки Solidia улавливают около 240 кг углекислого газа на каждые 1000 кг цемента, используемого в смеси. Это в дополнение к меньшему количеству выбросов, производимых при производстве бетона.

Капела де Кампо Брудер Клаус / Питер Цумтор.  Изображение © Сэмюэл Людвиг

BioMason — это стартап из Северной Каролины с особым подходом к производству бетона без портландцемента и выбросов углекислого газа. Вместо портландцемента для соединения песка и гравия используется биоцемент. Включая переработанные агрегаты с живыми микробами-бациллами, он запускает комбинацию углерода и кальция для создания кристаллов известняка без необходимости нагревания. В то время как для традиционного бетона может потребоваться до 28 дней, биоцемент Biomason® достигает своей окончательной стойкости менее чем за 72 часа роста. Конечный материал состоит из примерно 85% гранита из переработанных источников и 15% биологически культивируемого известняка.

Casa L / Pool Leber Architekten.  Изображение © Бриджида ГонсалесCasa nas Nuvens / Исследование и исследование дизайна.  Изображение © Fabien Charuau

Инженеры из Ланкастерского университета в Великобритании работали в сотрудничестве с Cellucomp Ltd UK над изучением эффектов добавления «нанопластинок», извлеченных из волокон корня растений, для улучшения характеристик бетонных смесей. Исследования показали, что композитные бетонные смеси для растений, изготовленные из овощей, таких как свекла или морковь, обладают более высокими структурными и экологическими характеристиками по сравнению со всеми коммерчески доступными добавками для бетона, такими как графен и углеродные нанотрубки, при гораздо более низкой стоимости. Потенциал композиционных бетонов для растений заключается в способности нанопластинок увеличивать количество гидратированного силиката кальция в бетонных смесях, основного вещества, контролирующего структурные характеристики. Косвенный эффект означает, что для строительства потребуется меньшее количество бетона. Нанопластины могут улучшить качество продукции за счет уменьшения количества трещин в бетоне, предотвращения коррозии и продления срока службы материала. Есть много других примеров компаний, ищущих решения по сокращению выбросов при производстве цемента и бетона, и эта статья Акшата Рати охватывает большинство из них и содержит очень ценную информацию по этому вопросу.

Климатический кризис требует срочных решений, и мало-помалу строительная отрасль начинает принимать все больше альтернативных материалов, которые могут способствовать изменениям. Цемент и бетон имеют огромное значение, и есть способы превратить их негативное воздействие в положительное улучшение окружающей среды. Но статья показывает, что сделать бетон менее загрязняющим материалом — очень сложная задача, которая требует много ресурсов и времени, затрачиваемых на исследования. Стоит задаться вопросом, должен ли бетон в будущем оставаться основным материалом в строительной отрасли или можно подумать о его замене или смешивании с другими материалами, которые по своей природе менее загрязняют окружающую среду.

.

Оставить комментарий