Вчені з Північно-Західного університету розробили новий матеріал, який може допомогти вирішити проблему нестачі піску та зробити виробництво цементу більш екологічним. Вони вирощують дивну білу пасту з морської води, електрики та вуглекислого газу.
Бетон є найбільш використовуваним штучним матеріалом на планеті, але його виробництво є одним з найбільш забруднюючих процесів. Крім того, для виробництва бетону потрібна величезна кількість піску, який стає все важче видобувати з узбереж, морського дна та русел річок.
Новий матеріал, розроблений в Північно-Західному університеті, може допомогти вирішити обидві ці проблеми. Він складається з карбонату кальцію та гідроксиду магнію в різних пропорціях і досить простий у виробництві: потрібно взяти морську воду, обробити її електрикою та пропустити через неї вуглекислий газ.
За словами команди дослідників, весь процес схожий на те, як корали та молюски будують свої раковини.
Ось як це працює: два електроди в резервуарі випромінюють слабкий електричний струм, який розщеплює молекули води на газоподібний водень та іони гідроксиду. Коли додається газ CO2, хімічний склад води змінюється, збільшуючи рівень іонів бікарбонату. Ці іони гідроксиду та бікарбонату реагують з іншими природними іонами в морській воді, утворюючи тверді мінерали, які збираються на електродах.
Кінцевим результатом є універсальний білий матеріал, який не тільки зберігає вуглець, але й може замінити пісок або гравій у цементі, а також утворює основу для інших будівельних матеріалів, таких як штукатурка та фарба.
Цікаво, що дослідники виявили, що матеріал можна налаштувати, регулюючи швидкість потоку, час і тривалість CO2 і морської води, а також напругу та струм електрики.
Можливість контролю властивостей
"Ми показали, що коли ми створюємо ці матеріали, ми можемо повністю контролювати їхні властивості, такі як хімічний склад, розмір, форму та пористість", – сказав Алессандро Ротта Лорія, провідний автор дослідження. "Це дає нам певну гнучкість у розробці матеріалів, придатних для різних застосувань".
Цей процес є набагато екологічнішим, ніж звичайний спосіб виготовлення цих будівельних матеріалів. Він не тільки зменшує потребу у видобутку величезної кількості піску з природного середовища, але й єдиним газоподібним побічним продуктом є водень, який сам по собі може бути використаний як чисте паливо. CO2, що використовується для виготовлення матеріалу, може навіть надходити з викидів від звичайного виробництва цементу, і в цьому випадку процес може зробити звичайний цемент більш екологічним як побічний продукт.
Перспективи використання
"Ми могли б створити кругообіг, де ми поглинаємо CO2 прямо біля джерела", – сказав Ротта Лорія. "І, якщо цементні заводи розташовані на берегових лініях, ми могли б використовувати океан поруч з ними для живлення спеціальних реакторів, де CO2 перетворюється за допомогою чистої електроенергії в матеріали, які можуть бути використані для безлічі застосувань у будівельній індустрії. Тоді ці матеріали дійсно стануть поглиначами вуглецю".
Морська вода, електрика та вуглекислий газ… Це не рідкісні або дорогі вхідні матеріали. Звичайно, цей процес має довести свою ефективність у промислових масштабах, у комерційні терміни та витримати пильну увагу бухгалтерів, але він виглядає як інновація з вражаючим потенціалом.
Якщо цей інженерний замінник піску з уловлювання вуглецю виявиться дешевшим, ніж перевезення справжнього піску у великих масштабах, він може зробити значний внесок у декарбонізацію.
Дослідження було опубліковано в журналі Advanced Sustainable Systems.
Довідкова інформація
- Північно-Західний університет: Приватний дослідницький університет, розташований в Еванстоні, штат Іллінойс, США.
- Бетон: Будівельний матеріал, виготовлений із суміші цементу, піску, гравію та води.
- Декарбонізація: Процес зменшення викидів вуглекислого газу.
