Цемент может быть (более) экологичным материалом
«Если бы цементная промышленность была страной, она была бы третьим по величине выбросом углекислого газа в мире (около 2,8 миллиарда тонн), уступая только Китаю и Соединенным Штатам». Это заявление Люси Роджерс в репортаже Би-би-си об экологическом следе бетона выглядит весьма шокирующим. Ежегодно производится более 4 миллиардов тонн цемента, на который приходится около 8 процентов мировых выбросов CO2, и он является ключевым элементом в производстве бетона, самого производимого продукта в мире. Чтобы дать вам представление: ежегодно на человека в мире производится около полтонны бетона, чего достаточно, чтобы построить 11 000 зданий Эмпайр-Стейт. Есть ли способ уменьшить это влияние при таких огромных цифрах?
Для производства цемента известняк, глину и песок нагревают в очень горячих печах, температура которых достигает 1450°C. В результате образуется клинкер, который затем смешивается с гипсом и другими добавками, такими как пуццолан, известняк и другие. Цемент составляет около 10% бетонной смеси. Другими основными компонентами являются песок, гравий (крупный и мелкий заполнитель) и вода. В производстве цемента есть два основных процесса, которые приводят к выбросам углекислого газа. Согласно этой статье Робби М. Эндрю, первая — это химическая реакция, участвующая в производстве основного компонента цемента, клинкера, поскольку карбонаты (в основном CaCO3, обнаруженные в известняке) расщепляются на оксиды (в основном известь, CaO) и CO2 при с подогревом. Вторым источником выбросов является использование ископаемого топлива для производства значительной энергии, необходимой для нагревания сырья до температуры более 1000°C. Другими словами, при производстве бетона потребляется большое количество топлива (как правило, из невозобновляемых источников, таких как нефтяной кокс, бензин или природный газ) и выделяются различные загрязняющие газы, включая окись углерода и диоксид углерода. Согласно этому исследованию, «химическая реакция обжига отвечает за примерно 52% выбросов CO2 в процессе производства клинкера, а остальная часть приходится на потребление энергии. (…) Учитывая потребление энергии, на каждые 1000 кг произведенного клинкера в процессе производства клинкера выделяется в среднем около 815 кг CO2».
Можно частично уменьшить это воздействие. Если именно при производстве клинкера происходит большая часть выбросов, замена его другими материалами может иметь большое значение. Дополнительные вяжущие материалы (SCM), как правило, являются побочными продуктами других отраслей промышленности, такими как шлак от производства стали и меди, литейные пески от плавки металлов, а также летучая зола, зольный остаток и синтетический гипс от электроэнергетических предприятий. Заменяя часть клинкера этими материалами, бетон приобретает новые характеристики, которые могут быть желательны в некоторых случаях, но в основном демонстрируют замечательную способность снижать выбросы CO2. Другая возможность — вулканический пепел, альтернатива цементу, известная уже тысячи лет, которая позволила грекам и римлянам возводить здания настолько прочные, что с тех пор они остаются на месте. Нагревая известь и вулканический пепел примерно до 900°C, а затем смешивая их с морской водой, можно получить чрезвычайно прочный и стабильный материал.
Но инновации могут пойти еще дальше. CarbonCure, например, стремится сократить выбросы углекислого газа совсем другим способом. Канадский стартап разработал процесс под названием «Минерализация CO2», который заключается во введении углекислого газа в бетонную смесь и его реакции с ионами кальция в цементе с образованием наноразмерного минерала карбоната кальция, который внедряется в бетон, делая его более твердым. более устойчивый.
Solidia Tech экспериментирует с новым рецептом цемента, в котором известняк заменяется минералом волластонитом, который не выделяет углекислый газ, поскольку не требует нагрева. Кроме того, он улавливает углекислый газ из воздуха в процессе отверждения, создавая продукт с отрицательными выбросами. Как показано в этой статье, цементобетонные блоки Solidia улавливают около 240 кг углекислого газа на каждые 1000 кг цемента, использованного в смеси. И это в дополнение к меньшему количеству выбросов, образующихся при производстве бетона.
BioMason — это стартап из Северной Каролины с особым подходом к производству бетона без портландцемента и выбросов углекислого газа. Вместо портландцемента для соединения песка и гравия используется биоцемент. Благодаря объединению переработанных агрегатов с живыми микробами-бациллами он запускает соединение углерода и кальция с образованием кристаллов известняка без необходимости нагревания. В то время как традиционный бетон может занять до 28 дней, биоцемент Biomason® достигает своей окончательной стойкости менее чем за 72 часа. Конечный материал состоит примерно на 85% из гранита, полученного из переработанных источников, и на 15% из биологически культивированного известняка.
Инженеры из Ланкастерского университета в Великобритании работали в сотрудничестве с Cellucomp Ltd UK над изучением эффектов добавления «нанотромбоцитов», извлеченных из волокон корней растений, для улучшения характеристик бетонных смесей. Исследования показали, что композитные растительные бетоны, изготовленные из овощей, таких как свекла или морковь, имеют структурные и экологические преимущества по сравнению со всеми коммерчески доступными добавками к бетону, такими как графен и углеродные нанотрубки, при гораздо более низкой цене. Потенциал растительных композитных бетонов заключается в способности нанопластинок увеличивать количество гидратированного силиката кальция в бетонных смесях, основного вещества, контролирующего структурные характеристики. Косвенный эффект означает, что для строительства потребуется меньшее количество бетона. Нанопластины могут улучшить качество продукции за счет уменьшения количества трещин, появляющихся в бетоне, помогая предотвратить коррозию и продлевая срок службы материала. Есть много других примеров компаний, которые ищут решения по сокращению выбросов при производстве цемента и бетона, и эта статья Акшата Рати охватывает большинство из них и содержит очень ценную информацию по этому вопросу.
Климатический кризис требует срочных решений, и постепенно строительная отрасль начинает принимать все больше альтернативных материалов, которые могут способствовать изменениям. Цемент и бетон имеют огромное значение, и существуют способы превратить их негативное воздействие в положительные улучшения для окружающей среды. Но в статье показано, что сделать бетон менее загрязняющим материалом — очень сложная задача, требующая много ресурсов и времени на исследования. Стоит задаться вопросом, должен ли в будущем бетон оставаться основным материалом в строительной отрасли или можно подумать о его замене или смешивании с другими материалами, которые по своей природе менее загрязняют окружающую среду.
