Используя раствор на основе газированной, а не негазированной воды в процессе производства бетона, группа инженеров под руководством Северо-Западного университета обнаружила новый способ хранения углекислого газа (CO).₂) в вездесущем строительном материале.

Новый процесс может не только помочь улавливать CO₂ Благодаря постоянно нагревающейся атмосфере получается бетон с бескомпромиссной прочностью и долговечностью.

В лабораторных экспериментах в результате этого процесса был достигнут выброс CO.₂ эффективность секвестрации до 45%, а это означает, что почти половина CO₂ Впрыскиваемые при производстве бетона вещества собирались и хранились. Исследователи надеются, что их новый процесс поможет компенсировать выбросы CO.₂ выбросы цементной и бетонной промышленности, на долю которых приходится 8% мировых выбросов парниковых газов.

Исследование было опубликовано сегодня в Коммуникационные материалыжурнал, издаваемый Nature Portfolio.

«Цементная и бетонная промышленность вносит значительный вклад в выбросы CO2, вызванные деятельностью человека.₂ Выбросы», — сказал Алессандро Ротта Лориа из Northwestern, возглавлявший исследование. «Мы пытаемся разработать подходы, которые снижают выбросы CO2.₂ выбросы, связанные с этими отраслями промышленности, и, в конечном итоге, могут превратить цемент и бетон в огромные «поглотители углерода». Мы еще не достигли этого, но теперь у нас есть новый метод повторного использования части CO.₂ излучаемый в результате производства бетона из этого же материала. А наше решение настолько просто технологически, что его будет относительно легко внедрить в промышленности».

«Что еще более интересно, этот подход к ускорению и усилению карбонизации материалов на основе цемента дает возможность разработать новые продукты на основе клинкера, в которых CO₂ становится ключевым ингредиентом», — сказал соавтор исследования Давиде Зампини, вице-президент по глобальным исследованиям и разработкам CEMEX.

Ротта Лория — доцент кафедры гражданского и экологического строительства Луи Бергера в инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета. Исследование стало результатом сотрудничества лаборатории Ротта Лориа и CEMEX, глобальной компании по производству строительных материалов, занимающейся устойчивым строительством.

Ограничения предыдущих процессов

Бетон, являющийся неотъемлемой частью инфраструктуры, является одним из наиболее потребляемых материалов в мире, уступая только воде. Чтобы сделать бетон в его простейшей форме, рабочие смешивают воду, мелкие заполнители (например, песок), крупные заполнители (например, гравий) и цемент, который связывает все ингредиенты вместе. С 1970-х годов предыдущие исследователи изучали различные способы хранения CO.₂ внутри бетон.

«Идея в том, что цемент уже вступает в реакцию с CO.₂«, — объяснила Ротта Лория. — «Вот почему бетонные конструкции естественным образом поглощают CO.₂. Но, конечно, поглощенный CO₂ представляет собой небольшую долю CO₂ выбрасывается при производстве цемента, необходимого для создания бетона».

Процессы хранения CO₂ относятся к одной из двух категорий: карбонизация затвердевшего бетона или карбонизация свежего бетона. При закаленном подходе твердые бетонные блоки помещаются в камеры, где CO₂ газ подается под высоким давлением. В свежей версии рабочие впрыскивают CO.₂ газ в смесь воды, цемента и заполнителей при производстве бетона.

В обоих подходах часть впрыскиваемого CO₂ реагирует с цементом, образуя твердые кристаллы карбоната кальция. Однако оба метода имеют общие ограничения. Им мешает низкий уровень CO.₂ эффективность улавливания и высокое энергопотребление. Хуже того: полученный бетон часто бывает ослабленным, что затрудняет его применение.

Бескомпромиссная сила

В новом подходе Northwestern исследователи использовали процесс карбонизации свежего бетона. Но вместо того, чтобы впрыскивать CO₂ смешивая все ингредиенты, они сначала впрыскивали CO.₂ газ в воду, смешанную с небольшим количеством цементного порошка. Смешав эту газированную суспензию с остальным цементом и заполнителями, они получили бетон, который фактически поглощал CO.₂ во время его изготовления.

«Карбонизированная в нашем подходе цементная суспензия представляет собой жидкость с гораздо меньшей вязкостью по сравнению со смесью воды, цемента и заполнителей, которая обычно используется в современных подходах к карбонизации свежего бетона», — сказал Ротта Лориа. «Таким образом, мы можем смешивать его очень быстро и использовать очень быструю кинетику химических реакций, которые приводят к образованию минералов карбоната кальция. В результате получается бетонный продукт со значительной концентрацией минералов карбоната кальция по сравнению с тем, когда CO₂ вводится в свежую бетонную смесь».

Проанализировав карбонизированный бетон, Ротта Лория и его коллеги обнаружили, что его прочность не уступает долговечности обычного бетона.

«Типичным ограничением методов карбонизации является то, что на прочность часто влияют химические реакции», — сказал он. «Однако, основываясь на наших экспериментах, мы показываем, что прочность на самом деле может быть даже выше. Нам еще нужно проверить это дальше, но, по крайней мере, мы можем сказать, что это бескомпромиссно. Поскольку прочность не изменилась, приложения также не Он не изменится. Его можно использовать в балках, плитах, колоннах, фундаментах — во всем, для чего мы сейчас используем бетон».

«Результаты этого исследования подчеркивают, что, хотя карбонизация материалов на основе цемента является хорошо известной реакцией, все еще есть возможности для дальнейшей оптимизации выбросов CO.₂ внедрение через лучшее понимание механизмов, связанных с обработкой материалов», — сказал Зампини.

Исследование «Хранение CO₂ при укреплении бетона путем карбонизации цемента в суспензии», — поддержал CEMEX Innovation Holding Ltd.