Бетон на основі бактерій може зберегти клімат

Виробництво бетону супроводжується утворенням величезних об’ємів парникових газів.
Ось чому дослідники прагнуть виробляти більш екологічні форми цього важливого будівельного матеріалу.

“Будівельна галузь викидає величезні об’єми CO2”, – каже дослідниця SINTEF Сімона Бальцер Ле, яка входить до міждисциплінарної дослідницької групи, що в даний час розробляє біологічний цемент під назвою BioZEment. “Виробництво цементу, який є в’яжучою речовиною в бетоні, зумовлює п’ять відсотків глобальних викидів парникових газів”.

Немає викидів – немає глобального потепління

При звичайному виробництві цементу вапняк нагрівають до температури 1450 градусів. Цей процес називається кальцинацією, і в результаті відбувається викид величезних об’ємів парникових газів (ПГ) у вигляді суглекислого газу СО2.

“В даний час існує багато способів зменшити ці об’єми”, – говорить Бальцер Ле. “Наші пропозиції включають поглинання газу CO2, часткову заміну цементу іншим зв’язуючим агентом або пошук способу виготовлення цементу без нагрівання. Це метод, який ми використовуємо при розробці BioZEment”, – говорить вона.

Якщо дослідникам вдасться реалізувати задумане, це може мати значний вплив на зменшення об`ємів викидів парникових газів, що виробляються будівельним сектором.

“За нашими оцінками, використання цього матеріалу може зменшити глобальні викиди до 80 відсотків порівняно зі звичайним цементом, хоча BioZEment не може використовуватися для всіх будівельних застосувань у його нинішньому вигляді. Однак він зможе сприяти спільним зусиллям будівельного сектору зменшити викиди CO2”.

Бетон на основі бактерій складається із піску, дрібно подрібненого вапняку та двох специфічних бактерій, змішаних з водою, сечовиною та поживними речовинами для бактерій. На фото: Сімона Бальцер Ле у своїй лабораторії

Бактерії замість нагрівання

Процес починається зі змішування подрібнених частинок вапняку та піску. Але замість нагрівання вапняку додаються спеціальні бактерії, які дослідники виявили поблизу вапнякового кар’єру в Вердалі, Норвегія.

“Бактерії виробляють органічні кислоти, зокрема молочну та оцтову”, – говорить Бальцер Ле. “Вони допомагають зменшити значення рН суміші і тим самим частково розчинити вапняк, з виділенням іонів кальцію та карбонату”.

“Другий крок включає перемішування піску з іншою формою бактерій та їх внесення у підготовлену суміш частково розчиненого вапняку та сечовини. Ці бактерії виробляють фермент, який розщеплює сечовину, що змушує рН знову підвищуватися. За таких умов, кальцій утворюється разом із кристалами карбонату кальцію, і саме ці кристали діють як зв’язуючий агент у бетоні на основі бактерій », – пояснює вона.

Після висихання матеріал стає твердим. По суті, цей метод є продовженням відомого біогеохімічного процесу, відомого як мікробно-індуковане випадання кальциту. Карбонат кальцію випадає в осад в результаті взаємодії природних мінералів і бактеріального обміну.

“Перевага нашого підходу полягає в тому, що і кальцій, і карбонат отримуються із вапняку, що дозволяє нам зменшити використання сечовини”, – говорить Бальцер Ле.

Початок з виготовлення цегли

Дослідники вивчали низку різних способів застосування цієї технології. Найбільш вірогідним підходом буде виробництво цегли на основі бактерій, що, орієнтовно, буде коштувати лише на десять відсотків дорожче, ніж звичайна цегла.

“Виготовлення цегли дасть нам змогу розвивати процес, але ми також вивчаємо більш комерційне застосування матеріалу, яке зменшить виробничі витрати”, – говорить Бальцер Ле. “Найреалістичнішим сценарієм буде виготовлення цегли промислового масштабу, яку можна транспортувати безпосередньо з заводу на будівельний майданчик”, – каже вона.

Практичний і переробляється

Поки що рано говорити, про те, як біологічний цемент буде діяти з точки зору якості.

“Він буде не таким міцним, як звичайні бетони, але є застосування, де його міцність, буде більш, ніж достатньою”, – говорить Бальцер Ле, додаючи, що існує багато потенційних способів зробити бетони BioZEment міцнішими. Сюди входять різноманітні типи армування з використанням або алюмінієвих, або целюлозних волокон, отриманих з деревини, обидва з яких дозволять зробити матеріал практичним для ряду різних застосувань.

Дослідники також відзначають переваги переробки BioZEment.

“Це призведе до меншого використання сировини, що робить це захоплюючим полем для подальших досліджень”, – говорить Бальцер Ле.

Джерело інформації: https://phys.org/news/2021-02-bacteria-based-concrete-climate-benefits.html

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.