Artykuł za kulisami został dostarczony LiveScience we współpracy z National Science Foundation.
Jeśli chcesz przygotować cement przyjazny dla środowiska, po prostu wymieszaj dwie szklanki granulowanego wapienia ogrodowego, jedną filiżankę zmielonego granulowanego żużla wielkopiecowego i trzy łyżki sody kalcynowanej (tj. Węglanu sodu). Rezultatem jest silna, zrównoważona i ekonomiczna alternatywa dla zwykłego cementu portlandzkiego (OPC), lidera w branży cementu. Naukowcy z grupy Michela Barsouma z Drexel University opracowywali tę pozornie nową technologię w ciągu ostatnich kilku lat, ale jej początki sięgają znacznie dalej, niż się wydaje.
W rzeczywistości do wielkich piramid w Egipcie. Grupa Barsouma przeprowadziła badania, które zdawały się dowodzić, że niektóre kamienie w piramidach zostały odlane przy użyciu wczesnej formy cementu, a nie wykutych z wapienia. Zastanawiał się, że jeśli niektóre materiały użyte do budowy piramid rzeczywiście zostały odlane i przetrwały 4500 lat, dlaczego nie wykorzystać ich w dzisiejszych materiałach budowlanych.
„OPC jest odpowiedzialne za 5 do 8 procent światowego CO i zużywa ogromną ilość energii”, mówi Alex Moseson, kolega, który obecnie przewodzi wprowadzaniu alternatywy Barsoum na rynek.
Składniki cementu Greenstone
Różnica między tak zwanym cementem „Greenstone” stworzonym przez Drexela a zwykłym cementem portlandzkim polega na zastosowanych składnikach i metodach. Greenstone to cement aktywowany alkaliami (AAC), który po wytworzeniu nie wymaga ogrzewania. Zamiast tego AAC opiera się na łatwo dostępnych składnikach pochodzących z recyklingu - głównie odpadach przemysłowych, które zostały już podgrzane. Należą do nich popioły lotne, sadza kominowa wychwytywana z elektrowni węglowych i żużel, który jest produktem ubocznym procesu przekształcania rudy żelaza w żelazo.
W rezultacie profil oddziaływania Greenstone na środowisko jest dramatycznie inny niż OPC, pokazując 97 procent mniej zużytej energii, a także wytwarzanego CO2. Ponadto gotowa dostępność surowców powoduje wzrost kosztów produkcji z 75 USD za tonę do około 50 USD za tonę. Przy przewidywanych kredytach węglowych Greenstone daje dodatkowe 5–20 USD korzyści za tonę.
Ale jak to się ma do wydajności OPC? „Nasze wyniki i literatura potwierdzają, że działa on równie dobrze lub lepiej niż OPC”, mówi Barsoum. Grupa jest bliska zobaczenia pozytywnych testów przemysłu, które wyznaczają standardy wytrzymałości, czasu i stabilności objętościowej.
Co ważne, mówi Moseson: „Zawsze pracowaliśmy nad cementem, który działa w prawdziwym świecie, nie tylko w laboratorium. Oznacza to stabilność półek, obrabialność, utwardzanie w temperaturze pokojowej, łatwy transport i wiele więcej. ”
Moseson dążył do takiego zastosowania w prawdziwym świecie podczas IIT Bombaju w Bombaju, prowadząc badania do swojej rozprawy. Współpracował z lokalnymi badaczami, aby opracować AAC spełniający standardy określone w Indiach dla cementu i zbadał, w jaki sposób produkcja Greenstone może wzmocnić pozycję ludzi mieszkających w slumsach. Obecnie trzy produkty wykonane z lokalnych materiałów, przy użyciu lokalnych narzędzi i siły roboczej, są obecnie rozważane przez głównego producenta cementu.
Grupa przejęła Greenstone i założyła firmę, Greenstone Technologies, Inc. Zaczęli publikować wyniki naukowe dotyczące swoich odkryć w 2009 r. Oraz publikację z listopada 2011 r. W Kompozyty cementowe i betonowe omówiono praktyczny potencjał zielonego cementu Drexel. Naukowcy rozmawiają obecnie z inwestorami i potencjalnymi partnerami. Biorąc pod uwagę korzyści wynikające z obniżenia kosztów, zmniejszenia zanieczyszczenia i poprawy wydajności, czy istnieją przeszkody w wypuszczeniu cementu Drexel na rynek? „Wyzwania związane z wprowadzeniem tego na rynek obejmują różnorodność surowców… i czas potrzebny na walidację nowego materiału”, mówi Moseson. „Chociaż nasze badania pozwalają nam zrekompensować zmienność, byłoby pomocne, gdyby przetwórcy postrzegali popiół lotny i żużel jako produkty uboczne zamiast produktów ubocznych, pomagając w standaryzacji tych materiałów do stosowania w cemencie.
„Musimy także pokonać potężne siły rynkowe. OPC to globalny rynek o wartości 300 miliardów dolarów, a przekonanie firm budowlanych i branżowych do użycia czegoś innego jest trudne. Przekonanie ludzi, że nasz cement będzie trwał tak długo, jak OPC, gdy będzie nowszy, jest również wyzwaniem. ” Ponadto ich produkt nie podlega opatentowaniu ze względu na duży stan techniki - lub wcześniejszą wiedzę związaną z technologią - już w latach 50. XX wieku, co czasami zniechęca inwestorów. Pomimo tych przeszkód rośnie zainteresowanie ich pracą.
Co ciekawe, AAC nie jest zupełnie nowy. W latach 50. i 60. XX wieku z powodzeniem zastosowano formę AAC w niektórych budynkach w byłym Związku Radzieckim. Oprócz wielkich piramid w Egipcie wiele inspiracji do tych badań pochodziło ze starożytnego Rzymu. „Wszystko, co zbudowali Rzymianie, było wykonane z podobnych składników”, mówi Moseson. „Chociaż przez 2000 lat nie będziemy wiedzieć, czy nasze budynki mają długą żywotność rzymskich budowli, daje nam wyobrażenie o trwałości tych rzeczy”.
Uwaga redaktora: Naukowcy przedstawieni w artykułach Behind the Scenes byli wspierani przez Narodowa Fundacja Naukowa, agencja federalna odpowiedzialna za finansowanie podstawowych badań i edukacji we wszystkich dziedzinach nauki i inżynierii. Wszelkie opinie, ustalenia oraz wnioski lub rekomendacje wyrażone w tym materiale są opiniami autora i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy National Science Foundation. Zobacz Archiwum za kulisami.
