Можно ли вырастить цемент? Материалы Prometheus и трансформация бетона
Инновации процветают, когда мы останавливаемся, чтобы наблюдать, задавать вопросы и переосмысливать мир вокруг нас, превращая проблемы в возможности для прогресса. Природа, в частности, служит богатым источником вдохновения. Наблюдая за ним, изучая его ежедневные проблемы и размышляя о его процессах, мы можем обнаружить ценную информацию, которая вдохновляет на инновационные решения.
Одной из этих текущих проблем является производство бетона, древнего и чрезвычайно популярного материала, на который в настоящее время приходится значительная часть глобальных выбросов CO₂ из-за энергоемкого процесса производства цемента и связанных с ним химических реакций. По оценкам, на него приходится примерно 8% ежегодных выбросов CO₂ в мире, ежедневно выбрасывая в атмосферу 11 миллионов тонн CO₂ и потребляя 9% ежегодного потребления промышленной воды в мире. Кроме того, ожидается, что к 2060 году мировой фонд зданий удвоится — это эквивалентно ежемесячному строительству всего Нью-Йорка в течение следующих 36 лет, что означает невероятный рост спроса на цемент и бетон. Столкнувшись с этой сложной ситуацией, можем ли мы что-нибудь сделать? В этой статье мы говорим с Лорен Бернетт, генеральным директором компании Prometheus Materials, которая разработала материал, имитирующий природные процессы, позволяющий воссоздать бетон таким, каким мы его знаем.
Путь к созданию материала начался с инициативы Министерства обороны США по поиску экологически чистого и легкодоступного сырья для строительства в условиях ограниченных ресурсов. Четыре профессора из Университета Боулдера в Колорадо в течение пяти лет разработали новый процесс, в котором микроводоросли используются в качестве строительного материала. Другими словами, вместо того, чтобы создавать новое сырье, они его выращивали. Эти профессора вместе с Лорен Бернетт стали соучредителями Prometheus Materials в 2021 году и продолжают играть активную консультативную роль в компании.
Бернетт объясняет, что этот процесс черпает вдохновение из природы, в частности, используя замечательные возможности встречающихся в природе микроводорослей – тех же микроорганизмов, которые встречаются в озерах, реках, океанах и прудах с рыбой. Внутри заполненных водой биореакторов эти микроводоросли стимулируются к выработке хлорофилла, чему способствуют стратегически расположенные светоизлучающие диоды. Насыщенная питательными веществами и натуральными ингредиентами, вода способствует образованию карбоната кальция посредством процесса, известного как биоминерализация. По сути, это похоже на естественное создание ракушек и коралловых рифов, но они смогли использовать и ускорить его до уровня, когда он становится сырьем для высокоэффективного производства биоцемента с нулевым выбросом углерода. «При смешивании с заполнителем биоцемент образует биобетон с нулевым содержанием углерода с механическими, физическими и термическими свойствами, которые сравнимы или превосходят бетон на основе портландцемента. Наш процесс позволяет избежать углеродоемких операций, связанных с производством. и транспортировка традиционного цемента и секвестров углерода из микроводорослей и биоминерализация. Еще одной важной особенностью нашего решения является то, что практически вся вода, используемая в производстве, возвращается в землю».
Заполнитель, используемый в биобетоне, производится из местных источников, при этом особое внимание уделяется использованию переработанных материалов, где это возможно. Бетон «Прометей» демонстрирует впечатляющие характеристики по ряду параметров по сравнению с традиционным бетоном. Лорен Бернетт отмечает: «Наш биобетон с нулевым выбросом углерода примерно на 15–20 % легче, что обеспечивает экономические и экологические преимущества, а его прочность на сжатие конкурирует с прочностью традиционного бетона, а прочность на изгиб в 3–4 раза выше. .. Прочность сцепления нашего материала имеет модуль разрыва (MOR) 660-990 фунтов на квадратный дюйм по сравнению с 200-325 фунтов на квадратный дюйм для традиционного бетона — поэтому мы в 3 раза лучше в этой категории.Прочность нашего материала снижает потребность для стальной арматуры в некоторых применениях».
В дополнение к своим структурным достоинствам, бетон «Прометей» превосходит требования ASTM и демонстрирует большую взрывостойкость. Что касается акустических свойств, он превосходит традиционный бетон с коэффициентом шума (NRC) 0,60 по сравнению с 0,05, и проводятся дополнительные испытания по передаче звука. Материал также превосходен в теплоизоляции, снижая теплопередачу на 90% по сравнению с традиционным бетоном, тем самым уменьшая эксплуатационный углерод, а также устраняя содержащийся в нем углерод.
«Прометей» получил раунды финансирования, которые позволили ему построить пилотные производства и биотехнологические производства, а также расширить свою команду. В настоящее время компания совершенствует свою продукцию из биоцемента и биобетона с нулевым выбросом углерода, а также представляет инновационные предложения, такие как каменные блоки с нулевым выбросом углерода. Заглядывая в будущее, компания рассчитывает на значительный рост, а также на диверсификацию своей линейки продукции за счет изучения разновидностей биоцемента и биобетона и лицензирования своей технологии существующим производителям, с твердым намерением оказать существенное глобальное влияние на выбросы углерода. снижение.
На открытии Чикагской архитектурной биеннале традиционная архитектурная фирма Skidmore, Owings & Merrill (SOM) представила Bio-Block ™ Spiral в сотрудничестве с Prometheus Materials. Компания SOM разработала спиральную установку из биоблоков, которая приглашает посетителей исследовать рынок Фултон. Благодаря вращению строительных блоков для создания отверстий и складчатым концам для улучшения конструкции, инсталляция подчеркивает простоту конструкции из блоков и раствора, демонстрируя при этом универсальность формы биоблоков. При масштабном развертывании он потенциально может сократить глобальные выбросы CO₂ до 8%. Несмотря на то, что он проходит дальнейшие эксплуатационные испытания, он уже доступен для отдельных проектов и предлагает устойчивую замену бетонным каменным блокам, обычно используемым в современном строительстве. Спираль знаменует собой важную веху в продвижении внедрения этого экологически чистого материала и решении климатического кризиса.
По сути, акцент «Прометея» делается на борьбе с изменением климата и одновременном удовлетворении растущих потребностей строительного сектора. В мире, где глобальные выбросы CO₂ продолжают расти, их стремление добиться значительного сокращения путем достижения углеродно-отрицательного статуса является примером их приверженности более устойчивому будущему. В заключение Бернетт подсчитал, что «в настоящее время ежегодно во всем мире выбрасывается около 53 гигатонн CO₂, и это число увеличивается, а не уменьшается. Наша общая цель в Prometheus Materials — со временем сократить выбросы CO₂ на гигатонну или больше в год».
Чтобы следить за ходом исследований и запуском новых продуктов, посетите их официальный сайт.
