Ökológiai lábnyom

A beton hatalmas ökológiai lábnyoma a cement előállításának köszönhető, és főképp széndioxid kibocsátás formájában jelentkezik. A legfrissebb kutatások során gyökérzöldségekkel újrahasznosított műanyaggal kísérleteznek, hogy kiderüljön, ezek megerősíthetik-e a betont. Annak a lehetősége is felmerült, hogy az adalékanyagoknak köszönhetően a “reformbeton” képes lesz árammal táplálni az utcai lámpákat vagy a légszennyezés érzékelőket.

Említettük, hogy az emberiség által felhasznált második leggyakoribb anyag a világon a beton (az első a víz). A cement szennyező előállítása során rengeteg ásványi anyagot, palát és egyéb anyagokat égetnek el 1400 Celsius fokra hevített kemencékben, többnyire fosszilis tüzelőanyag felhasználásával. Ez adja a tetemes CO2-kibocsátást.

"A cementipar azon dolgozik, hogy dekarbonizálja magát és csökkentse a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből származó lábnyomát" - mondta Dr. Nikola Tošić, a barcelonai Katalónia Műszaki Egyetem kutatója. "De a szén-dioxid-kibocsátás kémiai része elkerülhetetlen, hacsak nem állunk elő teljesen újfajta cementekkel."

Hidratálás

Ha sikerül a cement erősebbé tenni, akkor kevesebb is elég belőle. Mohamed Saafi professzor az Egyesült Királyság Lancaster Egyeteméről munkatársaival ezen dolgozik a B-SMART projekt keretein belül. 

Amikor a cement vízzel keveredik, paszta képződik, amely összeköti a benne található olyan aggregátumokat, mint a homok és a zúzott kődarabok, megkeményítve ezzel a betont, erőt és megfelelő szerkezetet kialakítva. A folyamat során azonban nem minden cementrészecske hidratálódik. "A legtöbbjük lényegében ott ül, és nem történik vele semmi, ami pazarlás" - mondta Saafi professzor.

"Ha fel tudjuk erősíteni a hidratációs mechanizmust, annak erőssége jelentősen megnő, és ezért kevesebb cementet használhatunk."

Gyökérzöldségek

Saafi professzor és csapata megvizsgálta, hogy a bébiétel előállításához feldolgozott sárgarépából származó hulladékok vagy a répacukor kivonásának maradékai hozzáadhatók-e a cementhez annak megerősítésére. Számítógépes szimulációk segítségével kiderült, hogy az említett zöldségekből készített és a cementpéphez hozzáadott szupervékony lemezek kölcsönhatásba léptek a cementtel. A kutatók a gyakorlati laboratóriumi kísérleteket is elvégezték, hogy leteszteljék a szimulációik eredményeit.

Megállapították, hogy a növényi hulladékokból készült lapocskák hozzáadása megnövelte a cement vízmegkötő képességét. A lapok víztárolóként működtek, melyeken keresztül a víz több cementrészecskéhez jutott el, és ezáltal nőtt a kötési képessége. 

"Ugyanakkor, amikor a hidratáció véget ért, a sárgarépa nanolemezek egy része a cementben maradt és nagyon erőssé tette annak szerkezetét. Ilyesmit még soha nem tapasztaltunk, és ez valóban csodálatos felfedezés”

- mondta Saafi professzor.

A gyökérzöldségek hozzáadásával készült cementről kiderült, hogy a sárgarépára gyakorolt ​​nyomás elektromos energiát termel, amely egy kis LED-es lámpát vagy elektronikus eszközöket működtethet. Az új beton gyakorlatilag képes villamos energiát termelni, így ha például felhasználásával utakat építenek, akkor az autók áthaladása, vagy akár a gyalogosok lépései okozta rezgés vagy mozgás nyomán villamos energia állítható elő. 

"Ezt a betonból származó villamos energiát felhasználhatjuk LED-ek vagy az utcai lámpák működtetésére. Szenzorokat is működtethetünk a segítségével, például a levegő tisztaságának nyomon követésére"

- tette hozzá Saafi professzor. A betonban termelt villamos energia információt adhat a betonszerkezet állapotáról is. A repedések mentén a keletkező feszültség megváltozik, és ha egy elektromos kimenetet figyelő berendezést így elhelyezünk, valós időben nyomon követhető és megállapítható egy épület vagy híd szerkezeti integritása. Azonnali jelzéseket kaphatunk róla, ha valami nincs rendben, és a szerkezetet ellenőrizni kell, így megelőzhető a katasztrófa. 

Az előzetes kalkulációk szerint, a zöldségcement legalább 10 kg-mal csökkentheti egy szerkezet felépítéséhez szükséges cement mennyiségét egy köbméter betonra vetítve. "Remélhetőleg a jövőben ezt még egy kicsit jobban optimalizálhatjuk, és tovább csökkenthetjük a cement mennyiségét" - mondta Saafi professzor.

Pernye

A kutatók a cement egy részét ipari hulladékokkal, például pernyével és kohósalakkal helyettesítve azt remélik, hogy a fenntarthatóbbá tehetik a betont. A pernye, amely  finom, porszerű anyag, amely a szén elégetése után marad meg, és a kohósalak, mely az acélgyártás granulált maradéka, részben akár helyettesíthetik a cementet.

"A cement mennyiségét akár 30-50 százalékkal is csökkenthetjük, behelyettesítve a kivett cementet ezekkel az ipari melléktermékekkel" - mondta Dr. Tošić, aki a GREEN-FRC nevű projektben vizsgálja ezt a megközelítést. Csapata olyan vasbetont szeretne gyártani mely városi környezetben is felhasználható, például járdákhoz és épületekhez. 

A műanyag betonba integrálása szintén érdekes irány. Az újrahasznosított műanyagszálakat végül fel lehet használni a megerősítésére, ami a fenntarthatatlan összetevők, például a cement vagy az acél szükséges mennyiségének csökkentését eredményezheti. A projekt 2020 eleji indulása óta a kutatók különböző mennyiségű és típusú polipropilén műanyag szálakat építettek be a betonba, és hosszú távú teszteket folytatnak a kapott anyaggal. 

“A beton állandó terhelés alatt folyamatosan deformálódik az idő múlásával, ezért szeretnénk látni, hogyan viselkedik, ha összetétele megváltozik. Ezt képesnek kell lennünk előre jelezni - mondta Dr. Tošić.

Római beton

Hamarosan megvizsgálják majd azt is, hogy milyen hatással járna különböző agyagok felhasználása a cement egy része helyett a betonban. A cement előállításának további környezeti lábnyoma is van, mely az előállításához felhasznált agyagokból és ásványi anyagokból származik. Az eddigi módszerek helyett mészkő-kalcium-agyagot használva fenntarthatóbb megoldáshoz juthatunk, mivel ez sokkal nagyobb bőségben áll rendelkezésre, mint a hagyományos cement gyártásához használt egyéb természetes anyagok, valamint az említett más ipari melléktermék alternatívák.

Dr. Tošić elképzelése szerint zöld-betonjaikat eleinte burkolatokban, alagutak bélésében és épülethomlokzatok burkolására használják, melyek kevesebb megerősítést igényelnek, mint az az épületek szerkezeti megoldásai. Akad már néhány olyan építőipari vállalat is, ami érdeklődik a projekt iránt, ingyenes kísérleti anyagokat biztosítva. 

"Az elmúlt évben azt vettük észre, hogy az építőipari vállalatok változtatnak gondolkodásukon, elmozdulnak az eddigi gondolkodástól"

- mondta Dr. Tošić. "Úgy látják, hogy a fenntarthatóságra nekik is szükségük van a jövőben, különben elveszíthetik a piacaikat."

(Forrás: HorizonMagazine Kép: )

Ez is érdekelhet:

Az intelligens betonnal borított autópályák és hidak magukat javítják De az önjavító képesség nem minden. A jövő okos-közlekedési koncepcióinak az intelligens anyagok fejlesztése mellett a mesterséges intelligencia, a bigdata forrásainak intenzív használata is épp úgy jellemzője. Ha ellenállunk a korszellemnek és az "igazság utáni", tudománytalan mozgalmaknak, izgalmas, új korszak köszönthet ránk a közlekedésben is.

A világ legjobb ötletei #8 - mohásbeton az új CO2 csodafegyver A mohát növesztő betonból készülő épületek több ezer fánál is több szén-dioxidot és légszennyezést képesek eltávolítani a környezetükből.

Tíz környezettudatos, zöld épület a világ minden tájáról A zöld épülettervezés arra sarkallja a tervezőket, hogy túllépjenek a kódexeken, javítsák az épület általános teljesítményét és minimalizálják az életciklus környezeti hatásait. Amíg a helyi jogszabályok nem támogatják intenzíven a zöld folyamatokat és szabványokat, addig az egyes ingatlantulajdonosokon múlik, hogy pontosan milyen környezetben élünk.