Новая рецептура бетона использует природные добавки, чтобы сократить зависимость от традиционных материалов и при этом поглощать CO2. Источник: Stock
Исследователи из инженерного колледжа Mepco Schlenk в Индии создали бетон, объединив два материала природного происхождения — пористый цеолит и бамбуковый биоуголь. Как сообщает SciTechDaily, испытания, описанные в журнале Carbon Research, показали, что такая смесь способна придать инфраструктуре дополнительную функцию: улавливать часть углекислого газа, продолжая нести конструкционную нагрузку. Обычное производство цемента выбрасывает CO2 как при сжигании топлива для нагрева сырья, так и в ходе химического превращения известняка. Новый подход эти выбросы не устраняет, но исследует, как сам бетон можно перепроектировать для поглощения углерода при меньшем расходе традиционного цемента и заполнителя.
Под руководством Сринивасан Ревати учёные тестировали бетон марки M35, применяемый в инфраструктуре с умеренной транспортной нагрузкой. Они заменяли 25% или 50% мелкого заполнителя цеолитом, а затем замещали 0,5%, 1% или 1,5% цемента бамбуковым биоуглём. Цеолит обладает сетью микроскопических пор, способных задерживать молекулы газа, а бамбуковый биоуголь — это пористый материал, богатый углеродом, который получают нагреванием биомассы при ограниченном доступе кислорода. Оба вещества выглядели перспективными для увеличения поглощения CO2, однако команде требовалось убедиться, что добавки не ослабят готовый бетон. Каждую смесь проверяли на прочность при сжатии, прочность при раскалывании, водопоглощение и ударную стойкость.
Лучший результат показал состав с 50% цеолита и 1% бамбукового биоугля, получивший обозначение ZB5. Его прочность на сжатие достигла 38,49 МПа (5 582 psi), превысив обычный бетон на 7,48%. Прочность при раскалывании выросла до 4,39 МПа (637 psi), что на 15% лучше стандартной смеси. По мнению исследователей, такой прирост связан с взаимодополняющими свойствами добавок: алюмосиликатный каркас цеолита и твёрдость бамбукового биоугля помогли сформировать более плотную цементную матрицу. Это показало, что повышенная пористость для улавливания углерода не обязательно требует жертвовать прочностью.
Эта же формула обеспечила и наилучшее поглощение углерода. В контролируемой камере карбонизации ZB5 поглощал 1,2 грамма (0,04 унции) CO2 в сутки. Через семь дней карбонизация проникла в материал на 15 мм (0,6 дюйма). Такой результат команда объяснила микропористой структурой цеолита и высоким содержанием углерода в биоугле. Полученные данные показывают, как материал, обычно считающийся пассивным конструкционным элементом, может также участвовать в управлении углеродным балансом. Результаты в камере пока не устанавливают, сколько CO2 бетон будет улавливать за десятилетия эксплуатации на открытом воздухе, но дают первое подтверждение его структурного и экологического потенциала.
Сринивасан Ревати, ответственный автор из кафедры гражданского строительства, заявила: «Наша работа демонстрирует подход с двойной выгодой. Мы не просто создаём более прочный бетон, но превращаем обычный строительный материал в активный инструмент для восстановления окружающей среды. Интегрируя цеолит и бамбуковый биоуголь, мы можем строить конструкции, которые не только прочно стоят, но и активно очищают воздух от избытка углекислого газа, открывая путь к по-настоящему устойчивой инфраструктуре в районах с высокими выбросами, таких как городские дороги и промышленные зоны». Исследователи предполагают, что материал в перспективе можно применять в бетонных покрытиях, парапетах автомагистралей, канализационных трубопроводах и другой инфраструктуре с повышенным уровнем CO2. Способность заменять часть цемента и мелкого заполнителя также может расширить его экологическую ценность, хотя полная оценка потребует учёта производства, транспортировки, долговечности и происхождения добавок.
Текущие результаты — это доказательство концепции, а не свидетельство готовности бетона к массовому строительству. Понадобятся более длительные исследования, чтобы определить, сохраняются ли его прочность и поглощение углерода при меняющихся температурах, влажности, транспортной нагрузке и других реальных условиях. Будущие эксперименты изучат другие виды биоугля, иные марки бетона и раствора, а также предварительно замоченный биоуголь, который может изменить поведение материала. Эти тесты помогут установить, можно ли масштабировать перспективную лабораторную формулу до надёжного варианта для коммерческой и промышленной инфраструктуры.