Щорічно у світі виробляється понад 25 мільярдів тонн бетону, що робить його найпоширенішим будівельним матеріалом. Проте таке масштабне виробництво не проходить безслідно для планети – воно поглинає величезні обсяги невиснажуваних ресурсів і є джерелом близько 8% усіх парникових викидів на рік. З огляду на це, будь-які кроки, спрямовані на зменшення екологічного навантаження від його виробництва, є надзвичайно цінними.
Саме з цією метою вчені з Південної Австралії відкрили новаторський спосіб використання побічного продукту іншого екологічно обтяжливого процесу – видобутку літію – для створення міцнішого та довговічнішого бетону. Це відкриття обіцяє не лише покращити властивості будівельних матеріалів, а й значно зменшити обсяги промислових відходів.
Побічний Продукт Літієвого Видобутку – Несподіваний Подарунок
Літій – метал, що став справжнім рушієм сучасної технологічної революції, є життєво необхідним компонентом для виробництва акумуляторів у смартфонах, ноутбуках та, що найважливіше, в електромобілях, які покликані зменшити наш вуглецевий слід. Проте, його видобуток з твердокам’яних родовищ, таких як сподумен, супроводжується значним утворенням відходів. Цей процес є вкрай ресурсоємним і шкідливим для довкілля. Зокрема, виробництво однієї тонни гідроксиду літію моногідрату генерує близько 7-10 тонн побічного продукту, відомого як делітійований β-сподумен (DβS). Досі його застосування було малозрозумілим, що призводило до утилізації DβS як небезпечних відходів, створюючи додаткові екологічні ризики на додачу до вже існуючих проблем видобутку літію.
Інженери з Університету Фліндерса – видатного дослідницького центру, розташованого у Південній Австралії, штаті Австралії, відомому своїми інноваціями в науці та технологіях – виявили, що DβS володіє так званими “поццолановими властивостями”. Поццоланові властивості – це здатність матеріалу вступати в хімічну реакцію з гідроксидом кальцію у присутності води, утворюючи цементуючі сполуки, які значно покращують міцність, щільність та тривалість бетону, роблячи його менш проникним і стійкішим до корозії. Їхнє дослідження показало, що при використанні DβS як зв’язувального компонента у виробництві бетону можна значно покращити його механічні характеристики та довготривалу стійкість.
Зміцнення Бетону та Переваги для Довкілля
Команда дослідників замінила зольну пил – побічний продукт спалювання вугілля на теплових електростанціях, який традиційно використовується як зв’язуючий компонент у бетоні – на DβS при створенні геополімерної пасти. Геополімерна паста – це неорганічний полімерний матеріал, який діє як зв’язувальний засіб у бетоні, надаючи йому міцності та інших бажаних властивостей. Заміна 25% вмісту зольної пилу на DβS з використанням оптимального співвідношення лужного активаційного розчину призвела до вражаючого збільшення міцності бетону на 34% порівняно з аналогічною сумішшю зі 100% зольною пилом. А коригування співвідношення лужних активаційних розчинів дозволило досягти збільшення міцності на цілих 74%.
Ці результати яскраво демонструють, що DβS може сприяти виробництву бетону, який є значно міцнішим за стандартні зразки, виготовлені з зольною пилом. Цей ефект досягається завдяки формуванню більш щільної та міцної внутрішньої структури бетону після 28 днів затвердіння. “Оскільки переробка літію відповідає за генерацію зростаючих обсягів DβS, можливість повторного використання цього матеріалу в будівництві пропонує стійке рішення, яке зменшить промислові відходи, запобігне потенційному забрудненню ґрунту та підземних вод, а також підтримає практики циркулярної економіки у видобувній та будівельній галузях”, – пояснив структурний інженер доктор Аліакбар Голампур, який очолював це дослідження, опубліковане минулого місяця в журналі Materials and Structures.
Концепція “циркулярної економіки” – це модель виробництва та споживання, яка передбачає повторне використання, ремонт, переробку наявних матеріалів та продуктів якомога довше, щоб зменшити відходи та мінімізувати вплив на довкілля. Доктор Голампур вже давно працює в цьому напрямку. Ще у 2022 році він керував дослідженням, яке показало, як геополімери, посилені природними волокнами та відходами піску, можуть бути використані в бетонних сумішах нового покоління з порівнянною міцністю та довговічністю. Цей прогрес відкриває шлях до значно екологічнішого будівництва, перетворюючи відходи з однієї промисловості на цінні ресурси для іншої.
