Инженеры из Индии разработали новый вид бетона, который превосходит обычный по прочности и одновременно поглощает углекислый газ из воздуха. Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon Research. Специалисты из Инженерного колледжа Мепо Шленк предложили добавлять в смесь специально подобранные природные материалы, чтобы строительные конструкции не только выполняли свои прямые функции, но и очищали атмосферу от CO2.
Работа направлена на решение серьёзной экологической проблемы — роста концентрации углекислого газа в атмосфере, значительная часть которого образуется при сжигании ископаемого топлива и производстве цемента. Группа под руководством Сринивасан Ревати изучала два природных компонента. Первым стал цеолит — минерал с высокой пористостью, вторым — биоуголь из бамбука, материал с большим содержанием углерода. Оба вещества обладают развитой поверхностью и большим объёмом пор, что делает их эффективными для улавливания молекул газа.
Исследователи протестировали несколько составов бетона марки М35, который часто применяется в инфраструктурных объектах с умеренной нагрузкой. Мелкий заполнитель заменяли цеолитом в пропорции 25% и 50%, а часть цемента — бамбуковым биоуглем в концентрациях 0,5%, 1% и 1,5%. Каждую смесь проверяли на прочность при сжатии и растяжении, водопоглощение и ударную стойкость. Целью было найти состав, который поглощает больше CO2, не теряя прочностных характеристик, а в идеале — становится прочнее. Лучший результат показала комбинация с 50% цеолита и 1% биоугля, получившая обозначение ZB5. Прочность на сжатие достигла 38,49 МПа, что на 7,48% выше, чем у обычного бетона, а прочность на растяжение при раскалывании составила 4,39 МПа, превысив стандартный показатель на 15%. Укрепление материала учёные связывают с взаимодействием алюмосиликатной структуры цеолита и твёрдости бамбукового биоугля, которые вместе создают более плотную и долговечную цементную матрицу.
Помимо прочности, состав ZB5 продемонстрировал способность поглощать углекислый газ. В камере карбонизации бетон улавливал 1,2 грамма CO2 в сутки, а за семь дней газ проник в материал на 15 миллиметров. Такой эффект обеспечивается микропористой структурой цеолита и высоким содержанием углерода в биоугле. Сочетание этих свойств позволяет материалу одновременно служить конструкционным элементом и средством захвата атмосферного CO2. «Наша работа демонстрирует подход с двойной выгодой. Мы не просто создаём более прочный бетон, а превращаем обычный строительный материал в активный инструмент для восстановления окружающей среды. Благодаря сочетанию цеолита и бамбукового биоугля мы можем возводить конструкции, которые не только стоят прочно, 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», — приводит слова Сринивасан Ревати, автора-корреспондента с кафедры гражданского строительства, сайт ScienceDaily.
Полученные данные указывают на возможный новый путь к созданию углеродно-нейтральных стройматериалов. Бетон на основе состава ZB5 может быть особенно востребован там, где концентрация CO2 относительно высока. Среди потенциальных сфер применения — дорожные покрытия, парапеты автомагистралей и канализационные трубопроводы. Такие конструкции смогут выполнять свои инженерные задачи и попутно поглощать часть углекислого газа из окружающей среды. При этом исследователи предупреждают, что работа пока остаётся доказательством концепции и до широкого внедрения материала потребуются дополнительные испытания.
В дальнейшем учёные планируют изучить поведение бетона на протяжении длительного времени, в том числе сохранение прочности и способности улавливать CO2. Также намечено протестировать другие виды биоугля, оценить смесь в разных марках бетона и раствора и проверить, может ли предварительное замачивание биоугля улучшить его характеристики. Эти эксперименты покажут, можно ли масштабировать технологию для коммерческого и промышленного использования. В случае успеха подход даст строительной отрасли способ возводить более прочную инфраструктуру и одновременно снижать часть нагрузки на окружающую среду.