Mrkvový cement: Jak kořenová zelenina a popel mohou učinit beton ekologičtějším

13. 1. 2021

Beton je zodpovědný za 8 % globálních emisí skleníkových plynů a jde o druhou nejpoužívanější látku na světě, upozorňuje Sandrine Ceurstemontová.

Beton se stal základním stavebním materiálem nespočetných objektů jako mosty, věže a přehrady. Ale má také ohromnou ekologickou stopu, hlavně kvůli emisím oxidu uhličitého z jeho výroby. Výzkumníci nyní experimentují s kořenovou zeleninou a recyklovanými plasty v betonu, aby zjistili, zda jej tak mohou zesílit - a učinit udržitelnějším - a dokonce dosáhnout toho, aby napájel pouluční osvětlení nebo senzory měřící znečištění ovzduší.

Hned po vodě je beton druhou nejužívanější látkou na světě. Při výrobě cementu vzniká 8 % globálních emisí oxidu uhličitého. Proces zahrnuje vypalování spousty minerálů, ulit, břidlice a dalších komponentů v milířích zahřátých na zhruba 1 400 stupňů Celsia, kde typicky dochází k použití fosilních paliv coby zdroje energie.

Navíc při výrobě slínku, který je meziproduktem cementu, je využívána vysokoteplotní chemická reakce, která je také energeticky intenzívní.

"Průmysl výroby cementu pracuje na dekarbonizaci a snížení [ekologické] stopy z fosilních paliv," říká Nikola Tošić, výzkumník Polytechnické univerzity v Barceloně. "Ale chemická část emisí oxidu uhličitého je nevyhnutelná, pokud nepřijdeme se (zcela) jinými typy cementu."

Když je cement smíšen s vodou, vytváří pastu, která spojuje agregáty jako písek a štěrk, což betonu umožňuje tvrdnout a dodává mu to sílu a strukturu.

Zesílení cementu tak, aby ho bylo třeba méně, je jednou ze strategií omezování environmentálního dopadu. Profesor Mohamed Saafi z Lancaster University spolu s kolegy chce dosáhnout cíle v rámci projektu B-SMART.

Cement je třeba smísit s vodou, aby přilnul k písku a štěrku a spojil je. Nicméně ne všechny částečky cementu jsou při běžném procesu hydratovány. "Většina z nich zůstane v zásadě ležet a nedělá nic, což je plýtvání," vysvětluje Saafi. "Pokud můžeme posílit mechanismus hydratace, jeho pevnost se významně zvýší a tedy můžeme použít méně cementu."

Saafi a jeho tým se zajímají o kořenovou zeleninu. Prozkoumali, zda odpadový materiál z mrkve zpracované na dětskou výživu nebo řízky ze zpracování cukrové řepy lze přidat do cementu a tím ho zesílit. S využitím počítačových simulací dokázali zjistit, jak by velice tenké slupky zeleniny vmísené do cementové pasty interagovaly s cementem a sledovali jejich dopad na hydrataci cementu a jeho výsledné mechanické vlastnosti. Pak provedli laboratorní experimenty, aby ověřili výsledky simulací.

Další testovanou příměsí určenou k šetření cementem je popílek.

Zjistili, že přidáním slupek ze zeleninového odpadu dokázali zlepšit hydrataci cementu. Slupky fungovaly coby rezervoáry, které umožnily vodě dostat se k většímu počtu částic cementu a zlepšit tak jeho vlastnosti. "Současně jakmile hydratace končí, některé z těchto mrkvových nanoslupek zůstávají v cementu a činí jeho strukturu velmi pevnou," říká Saafi. "To jsme předtím neviděli a je to opravdu úžasný objev."

Ukázalo se, že přidávání kořenové zeleniny do cementu sebou nese dodatečné výhody. Tlakem na mrkev vzniká elektřina, která může pohánět malá LED svítidla nebo elektronická zařízení. Když byly do cementu přidány nanoslupky z mrkve, Saafi s kolektivem zjistil, že může vytvořit beton vyrábějící elektřinu. Pokud by byl takový materiál použit například ke stavbě mostu, elektřina může být vyráběna, když auta přejíždějí, nebo díky vibracím či pohybu chodců.

Tým nyní provádí testy, aby ověřil, zda dokáže budovat objekty z mrkvového cementu, které mají stejné vlastnosti jako ty, které vyrobil v laboratoři. Má také v úmyslu využít existující procesy při produkci svého modifikovaného cementu, aby snížil náklady.

Pokud vše půjde dobře, tým očekává, že jeho zeleninový cement by mohl snížit množství cementu potřebné ke stavění o 10 kg na kubický metr. ""Doufáme, že v budoucnu jej budeme moci optimalizovat o něco lépe a dál snížit množství cementu," dodává Saafi.

Podrobnosti v angličtině: ZDE

0
Vytisknout
2301

Diskuse

Obsah vydání | 18. 1. 2021