Каждый год в результате производства и использования цемента в окружающую среду выбрасывается более двух гигатонн (2*10^9 тонн) углекислого газа. Согласно отчету Агентства по охране окружающей среды США (EPA), цемент занимает третье место среди десяти крупнейших источников промышленного загрязнения. Однако, по мнению группы исследователей, мы можем полностью остановить выбросы углекислого газа, заменив традиционный строительный цемент новым биогенным материалом, разработанным из микроводорослей (субстанции, полученной с помощью живых организмов).   

Engin Akyurt/Pexels

Группа исследователей из Университета Колорадо в Боулдере совместно со своими коллегами из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) и Университета Северной Каролины в Уилмингтоне (UNCW) разработала уникальную углеродно-нейтральную технологию производства портландцемента из биологически культивируемого известняка. Этот новый материал может радикально снизить загрязнение окружающей среды, вызванное строительными работами по всему миру. 

Традиционный цемент против цемента из органогенного известняка

Водоросли кокколитофоры, покрытые оболочкой из карбоната кальция. Source: Robin Mejia, Dr. Alison Taylor/Wikimedia Commons

Интересно, что бетон, который в основном изготавливается с использованием портландцемента, воды и щебня, считается наряду с водой самым востребованным материалом в мире. Будь то Северная Америка, Европа или Азия, строительные работы невозможно представить без бетона и особенно портландцемента. 

Подчеркивая важность бетона, ведущий исследователь и профессор CU Boulder Вил Срубар отметил: "Мы производим больше бетона, чем любого другого материала на планете, а это значит, что он влияет на жизнь каждого из нас".  

Однако, к большому сожалению, промышленное производство портландцемента подразумевает сжигание большого количества известняка, что приводит к огромным выбросам углекислого газа. Более того, в результате обжига известняка в атмосферу попадают различные загрязняющие вещества и токсичные газы, что существенно ухудшает качество воздуха в районе его производства. Идея решения этой проблемы пришла в голову профессору Вилу Срубару еще в 2017 году во время его поездки в Таиланд.

Во время своего путешествия Срубар заметил вокруг коралловых рифов естественные структуры карбоната кальция. Глядя на природные залежи CaCO3, ему пришла в голову мысль, что известняк можно выращивать естественным путем, а не добывать в горных карьерах. Он спросил себя: "Если природа может выращивать известняк, то почему этого не может сделать человек?".

По возвращении в США совместно с группой исследователей он приступил к культивированию кокколитофор. Кокколитофоры или кокколитофориды - представляют  собой группу одноклеточных водорослей способных вырабатывать биогенный известняк, формируя в процессе фотосинтеза отложения карбоната кальция. Исследователи заметили, что в отличие от природного материала, на образование которого под землей уходят миллионы лет, биогенный вариант, выращенный кокколитофорами, может быть получен практически в режиме реального времени.

Более того, кокколитофоры производили карбонат кальция гораздо быстрее коралловых рифов, которые профессор Срубар наблюдал в Таиланде. При этом сырье, необходимое для образования биогенного известняка в морской воде, включало только растворенный углекислый газ и солнечный свет. А поскольку микроводоросли могут выживать как в соленой, так и в пресной воде, их можно использовать для выращивания известняка практически в любой точке мира. 

За выращенным из водорослей известняком - будущее 

Исследователи утверждают, что производство известняка из кокколитофоров является настолько рентабельным, что при желании может удовлетворить весь спрос на цемент в Соединенных Штатах. "Все, что вам необходимо сделать, - это позволить кокколитофорам развиваться в водоеме площадью около двух миллионов акров. Это займет всего 0,5% от всех свободных земель страны".

Source: Rodolfo Quirós/Pexels

Удивительно, но производство цемента из биогенного известняка является не только углеродно-нейтральным, но и углеродно-отрицательным, поскольку микроводоросли извлекают углекислый газ из окружающей среды и сохраняют его в виде карбоната кальция. Поэтому бетон, сформированный из такого цемента, может положить начало новой эре устойчивого строительства в глобальном масштабе. 

"Для отрасли сейчас самое время решить эту очень злободневную проблему. Мы считаем, что у нас есть одно из лучших, если не самое лучшее решение, которое позволит цементной и бетонной промышленности решить проблему углерода", - сказал профессор Срубар.  

За свои выдающиеся достижения в 2022 году профессор Срубар был удостоен премии CAREER Национального научного фонда, а недавно его команда получила грант в размере 3,2 миллиона долларов от Министерства энергетики США (DOE). Кроме того, они заключили партнерство с частными предприятиями для расширения масштабов исследовательской и производственной деятельности, связанной с производством биогенного известняка. 

Профессор Срубар и его коллеги считают, что их революционный материал имеет все возможности заменить карьерный известняк и спасти планету от экологического ущерба, который он наносит окружающей среде.

Источники: University of Colorado Boulder, MIT, Википедиа      
(https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/33030)
(https://ru.wikipedia.org/wiki/Кокколитофориды)
(https://www.colorado.edu/today/2022/06/23/cities-future-may-be-built-algae-grown-limestone)