ساخت سیمان زیستی تجدیدپذیر که به طور کامل از مواد زائد ساخته شده است

13 مه 2022 -توسط دانشگاه فناوری نانیانگ

نمونه آزمایشی یک دست بودا توسط حکاکی صخره دازو، یک سایت میراث جهانی یونسکو در چین ارائه شده است. کار تعمیر با استفاده از بیوسمان در دانشگاه چونگ کینگ چین توسط دکتر یانگ یانگ انجام شد. محلول بیوسمان بی رنگ است و به کارهای ترمیم اجازه می دهد تا رنگ اصلی حکاکی را حفظ کند. اعتبار: دانشگاه فنی نانیانگ

دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ، NTU سنگاپورراهی برای ایجاد بیوسمان از زباله پیدا کرده اند که جایگزین سیمان معمولی را حتی سبزتر و پایدارتر می کند.سیمان زیستی نوعی سیمان تجدیدپذیر است که معمولاً از باکتری ها برای تشکیل یک واکنش سخت شدنی استفاده می کند که خاک را به یک بلوک جامد متصل می کند.دانشمندان NTU اکنون موفق شده اند از دو ماده ضایعات رایج، لجن کاربید صنعتی و اوره – از ادرار پستانداران – برای ایجاد بیوسمان استفاده کنند.

آنها فرآیندی را توسعه دادند که در آن واکنش اوره با یون های کلسیم در لجن کاربید صنعتی یک جامد سخت یا رسوب را تشکیل می دهد. هنگامی که این واکنش در خاک انجام می شود، رسوب ذرات خاک را به یکدیگر پیوند می دهد و شکاف های بین آنها را پر می کند و توده فشرده ای از خاک ایجاد می کند. این منجر به بلوک زیستی قوی، محکم و کمتر نفوذپذیر می شود.

تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور چو جیان، رئیس دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، در یک مقاله تحقیقاتی اثبات مفهوم که در فوریه 2022 در مجله مهندسی شیمی محیطی منتشر شد، نشان داد که بیوسمان آنها به طور بالقوه می تواند به یک پایدار و پایدار تبدیل شود. روش مقرون به صرفه برای بهبود خاک، مانند تقویت زمین برای استفاده در ساخت و ساز یا حفاری، کنترل فرسایش ساحل، کاهش گرد و غبار یا فرسایش بادی در بیابان، یا ساخت مخازن آب شیرین در سواحل یا در بیابان.

همچنین می‌توان از آن به‌عنوان بیوگروت برای آب بندی کردن شکاف‌های سنگ برای کنترل نشت و حتی برای لمس و تعمیر آثار تاریخی مانند کنده‌کاری‌های سنگی و مجسمه‌ها استفاده کرد.

پروفسور چو، که همچنین مدیر مرکز راه حل های شهری NTU است، گفت: «بیوسمنت جایگزین پایدار و تجدیدپذیری برای سیمان سنتی است و پتانسیل زیادی برای استفاده در پروژه های ساختمانی که نیاز به تصفیه زمین دارند، دارد. “تحقیقات ما با استفاده از دو نوع ماده ضایعاتی به عنوان مواد اولیه آن، بیوسمان را حتی پایدارتر می کند. در دراز مدت، نه تنها تولید بیوسمان را ارزان تر می کند، بلکه هزینه های مربوط به دفع زباله را نیز کاهش می دهد.”

تحقیقات دانشمندان NTU از برنامه استراتژیک NTU 2025 پشتیبانی می کند که هدف آن رسیدگی به برخی از چالش های بزرگ بشریت، از جمله کاهش تأثیر انسان بر محیط زیست از طریق پیشرفت تحقیق و توسعه در پایداری است.

فرآیند ساخت سیمان زیستی به انرژی کمتری نیاز دارد و انتشار کربن کمتری را در مقایسه با روش‌های سنتی تولید سیمان تولید می‌کند.

بیوسمان تیم NTU از دو نوع مواد زائد ایجاد می‌شود: لجن کاربید صنعتی – مواد زائد حاصل از تولید گاز استیلن که از کارخانه‌های سنگاپور تهیه می‌شود – و اوره موجود در ادرار.

در مرحله اول، تیم لجن کاربید را با یک اسید تصفیه می کند تا کلسیم محلول تولید کند. سپس اوره به کلسیم محلول اضافه می شود تا محلول سماناسیون تشکیل شود. سپس تیم یک کشت باکتریایی را به این محلول سیمانی اضافه می کند. سپس باکتری های حاصل از کشت، اوره را در محلول تجزیه کرده و یون های کربنات تشکیل می دهند.

این یون ها با یون های کلسیم محلول در فرآیندی به نام رسوب کلسیت ناشی از میکروبی (MICP) واکنش می دهند. این واکنش کربنات کلسیم را تشکیل می دهد – یک ماده سخت و جامد که به طور طبیعی در گچ، سنگ آهک و مرمر یافت می شود.

هنگامی که این واکنش در خاک یا ماسه رخ می دهد، کربنات کلسیم ایجاد شده، خاک یا ذرات ماسه را به یکدیگر پیوند می دهد تا استحکام آنها را افزایش دهد و منافذ بین آنها را پر می کند تا نشت آب از طریق مواد کاهش یابد. همین فرآیند را می توان در اتصالات سنگی نیز به کار برد که امکان تعمیر کنده کاری ها و مجسمه های سنگی را فراهم می کند.

خاک تقویت شده با بیوسمان دارای استحکام فشاری نامحدود تا 1.7 مگا پاسکال (MPa) است که بیشتر از خاک مشابهی است که با استفاده از مقدار معادل سیمان تیمار شده است.

این امر باعث می شود که بیوسمان تیم برای استفاده در پروژه های بهبود خاک مانند تقویت زمین یا کاهش نشت آب برای استفاده در ساخت و ساز یا حفاری یا کنترل فرسایش ساحل در امتداد خطوط ساحلی مناسب باشد.