Бетон - самый распространенный строительный материал в мире, но его использование сопряжено с огромными экологическими затратами. Инженеры из Японии разработали новую технологию производства бетона путем переработки отходов бетона и соединения их с уловленным углекислым газом.

Бетонные образцы. Два образца бетона из карбоната кальция, один с использованием затвердевшего цементного теста (слева), а другой с кварцевым песком. Оба вида сырья представляют собой обычные отходы строительства и сноса. (2021 Maruyama et al).

 

По оценкам, до восьми процентов глобальных выбросов углекислого газа приходится на производство бетона, и большая их часть происходит в результате нагревания известняка до очень высоких температур для получения кальция - ключевого компонента химической реакции, в результате которой образуется бетон. В более ранних исследованиях изучались способы уменьшения или замены связующего вещества, использования уловленного углекислого газа в смеси или даже повышения способности готового продукта поглощать атмосферный CO2.

В новом исследовании ученые из Токийского университета и сотрудники других исследовательских институтов разработали процесс, который снижает воздействие бетона на окружающую среду сразу несколькими способами. Во-первых, новый материал производится из старых бетонных обломков, которые часто выбрасываются. Это не только продлевает срок службы старых материалов, но и позволяет проводить процесс при температуре около 70 °C (158 °F), что гораздо ниже температуры, необходимой для обжига известняка - более 1 000 °C (1 832 °F). Другим преимуществом является то, что углекислый газ, с которым он смешивается, может быть получен как из промышленных выхлопов, так и прямо из воздуха.

В ходе испытаний группа специалистов создавала образцы блоков из одного из двух наиболее распространенных строительных отходов - затвердевшей цементной пасты (ЗЦП) или кремнеземистого песка. Процесс начинается с приготовления раствора бикарбоната кальция, состоящего из известнякового порошка, а также деионизированной воды и углекислого газа. Затем этот раствор закачивается в форму, содержащую один из заполнителей - либо порошкообразный HCP, либо кварцевый песок, - который затем нагревается до 70 °C. В итоге получается блок для строительства из нового материала, который команда назвала карбонатным кальциевым бетоном.

Для окружающей среды это, возможно, и безопаснее, но бетон из карбоната кальция все-таки не так прочен, как обычный бетон. Средняя прочность на сжатие блоков составила 8,6 МПа, что гораздо ниже, чем 20-40 МПа бетона, изготовленного из портландцемента. Тем не менее, команда говорит, что он может применяться для строительства небольших зданий и при дальнейшей работе будет усовершенствован.

"Достижение прогресса в этой области очень интересно, но предстоит решить еще много проблем", - говорит Такафуми Ногучи, автор исследования. " Кроме увеличения пределов прочности и увеличения размеров изделий из бетона на основе карбоната кальция, было бы еще эффективнее, если бы мы смогли еще больше сократить потребление энергии в процессе производства. Тем не менее, мы рассчитываем, что в последующие десятилетия карбонат-кальциевый бетон с нейтральным содержанием углерода станет основным видом строительного бетона и станет одним из решений проблемы изменения климата."