8 ژانویه 2024 -توسط آزمایشگاه های فدرال سوئیس برای علم و فناوری مواد
الف C-LWA تولید شده در فرآیند گندله سازی در میکسر بتن دوار، ب C-LWA در حالت پخت (سخت شده) و ج) گلوله C-LWA تعبیه شده در بتن (بخش برش). اعتبار: Journal of Cleaner Production (2023). DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.140008
برای دستیابی به اهداف سوئیس بی طرف آب و هوا تا سال 2050 ، استراتژی ها و فرآیندهای با تعادل CO2 منفی لازم است. این فناوری‌های موسوم به انتشار منفی (NET) برای متعادل کردن میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای «سخت اجتناب‌ناپذیر» باقی‌مانده در سال 2050 در نظر گرفته شده‌اند و باید به اطمینان حاصل شود که ما در نهایت به صفر خالص خواهیم رسید.
بخش ساخت و ساز به عنوان یکی از اصلی ترین تولیدکنندگان گاز، تعهد خاصی دارد. حدود 8 ٪ از انتشار گازهای گلخانه ای جهانی ناشی از تولید سیمان است. همزمان، تلاش های اولیه برای استفاده از بخش ساخت و ساز، با مصرف انبوه منابع، به عنوان یک مخزن کربن احتمالی در حال ظهور است.
آنچه متناقض به نظر می رسد موفق خواهد شد اگر ساختمان با CO2 را آغاز کنیم – یا بهتر است بگوییم، استفاده از کربن برای تولید مصالح ساختمانی و در نتیجه حذف آن از جو در دراز مدت. برای اینکه چنین دیدگاه هایی به واقعیت تبدیل شوند ، تحقیقات زیادی لازم است – مانند این که در حال حاضر در آزمایشگاه بتن و آسفالت EMPA انجام می شود. تیمی به سرپرستی پیترو لورا در حال توسعه فرایندی برای ادغام بیوچار در بتن است.
مشکلات ناشی از تخلخل
بیوچار توسط یک فرآیند کربن‌سازی پیرولیتیک زیست توده در غیاب اکسیژن تولید می‌شود و از سطح بالایی از کربن خالص تشکیل می‌شود- کربنی که گیاهان هنگام رشد به شکل CO2 از جو جذب می‌کنند. در حالی که CO2 هنگام سوختن گیاهان ساطع می شود ، در دراز مدت به شکل بیوچار محدود می شود.
اولین محصولات بتونی با بیوشار یکپارچه در حال حاضر در بازار هستند. با این حال ، بیوچار اغلب به بتن بدون پردازش نشده معرفی می شود ، که می تواند منجر به مشکلات شود.
Mateusz Wyrzykowski، محقق Empa، توضیح می دهد Biochar بسیار متخلخل است و بنابراین نه تنها آب زیادی را جذب می کند، بلکه افزودنی های گران قیمتی را که در تولید بتن استفاده می شود نیز جذب می کند.
“علاوه بر این ، رسیدگی به آن دشوار است و کاملاً بی ضرر نیست.” گرد و غبار ذغال سنگ ریز برای دستگاه تنفسی مشکل ساز است و خطر خاصی از انفجار را به همراه دارد.
به همین دلایل، محققان در مقاله‌ای که به تازگی در مجله تولید پاک‌کننده منتشر شده است، پردازش بیوچار به صورت گلوله را پیشنهاد می‌کنند. ویرزیکوفسکی می گوید: “چنین سنگدانه های سبک وزن از قبل از مواد دیگری مانند خاک رس منبسط شده یا به شکل خاکستر بادی وجود دارند. دانش در کار با این مواد در صنعت موجود است و این شانس عملی شدن این مفهوم را افزایش می دهد.”
صفر خالص در 20 درصد سهم
این تیم برای تولید گلوله ها از یک میکسر بتن با یک تشت دوار استفاده کردند که در آن بیوچار را با آب و سیمان مخلوط کردند و در نتیجه چرخش، گلوله های کوچکی با قطر بین 4 تا 32 میلی متر به دست آوردند. آنها به نوبه خود از این گلوله ها برای تولید بتن معمولی از کلاس های مقاومت C20/25 تا C30/37 استفاده کردند – کلاس هایی که امروزه بیشترین استفاده را در مهندسی عمران دارند.
Mateusz Wyrzykowski می گوید: “با نسبت 20 ٪ از نظر حجم گلوله های کربن در بتن ، ما به انتشار صفر خالص می رسیم.” یعنی میزان کربن ذخیره شده تمام انتشار گازهای گلخانه ای تولید شده در تولید گلوله ها و بتن را جبران می کند. در حالی که احتمالاً هنوز حد مجاز برای بتن معمولی (تراکم بین 2000 تا 2600 کیلوگرم بر متر مکعب) با 20 درصد حجمی نرسیده است، پتانسیل انتشار منفی به ویژه برای بتن سبک (تراکم تقریباً 1800 کیلوگرم بر متر مکعب) قابل توجه است: یک ماده افزودنی از 45 ٪ از نظر حجم گلوله های کربن در بتن منجر به انتشار کل منفی -290 کیلوگرم CO2/M3 می شود. در مقایسه، بتن معمولی حدود 200 کیلوگرم CO2/m3 منتشر می کند.
کربن از جو
برای رئیس آزمایشگاه پیترو لورا، تحقیقات در آزمایشگاه او کمکی حیاتی در دستیابی به اهداف آب و هوایی است. او بیوچار که به عنوان یک ماده مدل در تحقیقات کنونی عمل کرده است، به عنوان مهم ترین منبع کربن نمی بیند. در عوض، او توجه را به مفهوم گسترده “معدن اتمسفر”، که چندین آزمایشگاه در Empa دنبال می کنند، جلب می کند: تولید متان مصنوعی با استفاده از انرژی خورشیدی، آب و CO2 از جو در مناطق آفتابی جهان، و متعاقب آن تجزیه در اثر حرارت گاز مصنوعی.
لورا توضیح می‌دهد: «این هیدروژن تولید می‌کند که می‌تواند به عنوان یک حامل انرژی در صنعت یا تحرک استفاده شود، و کربن جامد، که می‌توانیم آن را به گلوله‌ها – مانند بیوچار – تبدیل کنیم و در بتن بگنجانیم.»
