От пищевых отходов до улавливания углерода — новые варианты цемента появляются во всем мире.
Бетон является вторым наиболее используемым материалом в мире. Он нужен нам для строительства мостов, зданий, патио, лестниц, столешниц и многого другого — и за последние сорок лет его использование растет гигантскими тепами.
Основной строительный материал состоит из воды, крупных заполнителей: песок и гравий и вяжущего вещества, в которое входит цемент – компонент с высоким уровнем выбросов углерода.
По данным Международного энергетического агентства цементный сектор является третьим по величине промышленным потребителем энергии в мире (7%). Кроме того, он – второй по величине промышленный источник выбросов двуокиси углерода, на долю которого приходится семь процентов глобальных выбросов. Большинство выбросов происходит, когда сырье, обычно глина и известняк, нагревается до высоких температур, чтобы стать сверхпрочным связующим материалом. На тонну производимого цемента выделяется около 600 кг углекислого газа.
Но экологичный «зеленый» цемент становится все более популярным, особенно с учетом воздействия традиционного цемента на окружающую среду. Недавний пример произошел в Токийском университете в прошлом году, когда исследователи Кота Мачида и Юя Сакаи сделали цемент из пищевых отходов. Пищевые отходы и раньше использовались в качестве наполнителя в альтернативах цементу, но Мачида и Сакаи разработали первый в мире процесс получения цемента, полностью изготовленного из пищевых отходов.
Дуэт провел месяцы, смешивая пищевые отходы с пластиком, чтобы материалы склеились. Наконец, они нашли правильное сочетание температуры и давления для производства цемента только из пищевых отходов без добавок. Используя стратегию «теплового прессования», обычно используемую для изготовления строительного материала из древесного порошка, они смешали порошок пищевых отходов с водой и прессовали его в нагретой форме. Исследователи говорят, что прочность цемента на растяжение или изгиб более чем в три раза превышает прочность обычного бетона.
Исследователи годами разрабатывают инновации для уменьшения углеродного следа цемента и бетона. В 2021 году ученые из Токийского университета разработали процесс производства бетона, в котором повторно используются старые бетонные изделия.
В 2019 году исследователи из Тайбэйского национального технологического университета на Тайване и Департамента водных ресурсов Индии обнаружили, что природные отходы сельского хозяйства и аквакультуры могут частично заменить грубые материалы и вяжущие материалы в сыром бетоне. Существует множество других альтернатив и, хотя эти инновации находятся на ранней стадии разработки, они приближают строительные материалы к достижению целей по сокращению выбросов углерода.
Но когда дело доходит до использования цемента из пищевых отходов для строительства зданий, Сохан Моне, инженер-конструктор многонациональной инфраструктурной компании Ferrovial, говорит, что убедить компании сделать замену может быть очень непросто.
Чтобы полностью изменить принципы использования цемента, потребуется много фундаментальных изменений в нашей отрасли», — говорит Моне. «Вся инфраструктура ориентирована на сегодняшнюю технологию производства: разработка, транспортировка, смешивание и укладка».
Одной из задач Моне является то, что производители цемента и строительные компании должны гарантировать соответствие новых материалов стандартам производительности и безопасности. В большинстве крупных инфраструктурных проектов используется бетон, в котором используется арматура для армирования цемента. Цемент сам по себе, без дополнительной структурной поддержки, действует как фарфор. Керамические предметы, такие как раковины и унитазы, могут выдерживать большие нагрузки, но керамика не так прочна, как бетон.
Таким образом, использование пищевого цемента или альтернатив цемента в бетоне для более сложных и интенсивных строительных работ потребует серьезных испытаний на безопасность и долговечность, говорит Моне. И в его состоятельности должны были бы убедиться организации, регулирующие отрасль, и сами подрядчики.
«Мы строго регулируемы, и это правильно, что мы не очень свободны в отношении того, какие материалы мы можем использовать», — сказал Моне. «Жизненный цикл данных объектов может составлять сотни лет, и остается открытым вопрос о том, как некоторые из этих ведут себя при воздействии окружающей среды с течением времени».
«Зеленые» материалы могут быть дорогими, что, по словам Моне, усложняет задачу убедить компании использовать их. В крупных строительных проектах чаще всего застройщики выбирают наиболее экономичный план. Но переход на зеленый цемент может стоить затрат, особенно когда использование бетона увеличивается, поскольку развивающиеся страны ускоряют строительные проекты, а другие страны обновляют стареющую инфраструктуру.
Мировое производство цемента может увеличиться на 23 % к 2050 году, говорится в плане «Выполнимая миссия» в плане «Бетонное воздействие действия на климат». Точно так же, как цемент и бетон формируют нашу застроенную среду, их воздействие также формирует наше климатическое будущее.
Цементная промышленность должна будет сократить свои ежегодные выбросы как минимум на 16 % к 2030 году в целях соответствия Парижскому соглашению о стандартах изменения климата. А поскольку цемент и бетон будут иметь решающее значение для будущего развития, исследователи утверждают, что использование материалов для производства цемента станет одним из самых быстрых способов сократить выбросы и воздействие на окружающую среду.
«Учитывая срочность задачи и время, которое исторически требовалось для развития технологических систем, потребуется значительный толчок, чтобы вывести новое поколение низкоуглеродистых цементов из лаборатории на рынок. Не все добьются успеха, но те, у кого это получится, могут иметь значительный потенциал декарбонизации», — написал Chatham House, политический институт, в своем отчете «Изменение бетона: инновации в низкоуглеродном цементе и бетоне» за 2018 год.
Рост городов и ремонт инфраструктуры точно не замедлится в ближайшее время. Но с новыми разработками в области экологически чистых строительных материалов углеродное воздействие на природную среду не должно быть столь значительным.
Источник: www.popsci.com