26 ژوئن 2024 -توسط دانشگاه نورث وسترن-مهندسان با استفاده از یک محلول گازدار – به جای ثابت – مبتنی بر آب در طول فرآیند تولید بتن، راه جدیدی برای ذخیره دی اکسید کربن کشف کردند. اعتبار: الساندرو روتا لوریا/دانشگاه نورث وسترن
با استفاده از یک محلول گازدار – به جای یک محلول ثابت – مبتنی بر آب در طول فرآیند تولید بتن، یک تیم مهندسین به رهبری دانشگاه نورث وسترن، روش جدیدی برای ذخیره دی اکسید کربن (CO2) در مصالح ساختمانی موجود در همه جا کشف کردند.
فرآیند جدید نه تنها می تواند به جداسازی CO2 از جوی که همیشه گرم می شود کمک کند، بلکه منجر به تولید بتن با استحکام و دوام بی نظیر می شود.
در تلاش‌های آزمایشگاهی، این فرآیند به راندمان جداسازی CO2 تا 45 درصد دست یافت، به این معنی که تقریباً نیمی از CO2 تزریق شده در طول تولید بتن جذب و ذخیره شد. محققان امیدوارند که فرآیند جدید آنها بتواند به جبران انتشار CO2 از صنایع سیمان و بتن، که مسئول 8 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای جهانی هستند، کمک کند.
این مطالعه در Communications Materials، مجله ای که توسط Nature Portfolio منتشر شده است، منتشر شد.
الساندرو روتا لوریا از Northwestern که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: صنایع سیمان و بتن به طور قابل توجهی در انتشار CO2 ناشی از انسان نقش دارند. ما در تلاش هستیم تا رویکردهایی را توسعه دهیم که انتشار CO2 مرتبط با آن صنایع را کاهش دهد و در نهایت، سیمان و بتن را به محل‌های ذخیره کربنی عظیم تبدیل کند. ما هنوز آنجا نیستیم، اما اکنون یک روش جدید برای استفاده مجدد از مقداری از CO2 منتشر شده در نتیجه تولید بتن در همین ماده داریم و راه حل ما از نظر فناوری آنقدر ساده است که اجرای آن برای صنعت باید نسبتاً آسان باشد. “
دیوید زامپینی، یکی از نویسندگان این مطالعه، معاون تحقیق و توسعه جهانی، گفت: «جالب تر، این رویکرد برای تسریع و برجسته کردن کربنات کردن مواد مبتنی بر سیمان، فرصتی برای مهندسی محصولات جدید مبتنی بر کلینکر فراهم می کند که در آن CO2 به یک عنصر کلیدی تبدیل می شود. در CEMEX
روتا لوریا استادیار مهندسی عمران و محیط زیست لوئیس برگر در دانشکده مهندسی مک کورمیک Northwestern است. این مطالعه با همکاری آزمایشگاه Rotta Loria و CEMEX، یک شرکت جهانی مصالح ساختمانی که به ساخت و ساز پایدار اختصاص دارد، انجام شد.
بتن ، یکی از پرمصرف ترین مواد در جهان است – پس از آب در رده دوم قرار دارد. برای ساخت بتن در ساده ترین شکل، کارگران آب، سنگدانه های ریز (مانند ماسه)، سنگدانه های درشت (مانند شن) و سیمان را ترکیب می کنند که همه مواد را به هم متصل می کند. از دهه 1970، محققان قبلی راه های مختلفی را برای ذخیره CO2 در داخل بتن بررسی کرده اند.
روتا لوریا توضیح داد: ایده این است که سیمان در حال حاضر با CO2 واکنش نشان می دهد. “به همین دلیل است که سازه های بتنی به طور طبیعی CO2 را جذب می کنند. اما، البته، CO2 جذب شده کسری کمی از CO2 منتشر شده از تولید سیمان مورد نیاز برای ایجاد بتن است.”
فرآیندهای ذخیره دی اکسید کربن به یکی از دو دسته تقسیم می شوند: کربناته شدن بتن سخت شده یا کربناته شدن بتن تازه. در روش سخت شده، بلوک های بتنی جامد در محفظه هایی قرار می گیرند که در آن گاز CO2 با فشار بالا تزریق می شود. در نسخه تازه، کارگران گاز CO2 را به مخلوط آب، سیمان و سنگدانه ها در حین تولید بتن تزریق می کنند.
در هر دو روش، مقداری از CO2 تزریق شده با سیمان واکنش داده و به کریستال های کربنات کلسیم جامد تبدیل می شود. با این حال، هر دو تکنیک دارای محدودیت‌های شکستن معامله هستند. راندمان جذب CO2 پایین و مصرف انرژی بالا مانع آنها می شود. حتی بدتر: بتن حاصل اغلب ضعیف می شود و کاربرد آن را مختل می کند.
در رویکرد جدید Northwestern، محققان از فرآیند کربناته شدن بتن تازه استفاده کردند. اما، به جای تزریق CO2 در حالی که همه مواد را با هم مخلوط می کنند، ابتدا گاز CO2 را به آب مخلوط با مقدار کمی پودر سیمان تزریق کردند. پس از اختلاط این سوسپانسیون گازدار با بقیه سیمان و سنگدانه ها، آنها به بتنی دست یافتند که در حین ساخت، CO2 را جذب می کرد.
روتا لوریا گفت: “تعلیق سیمانی گازدار در رویکرد ما، سیال ویسکوزیته بسیار پایین تری در مقایسه با مخلوط آب، سیمان و سنگدانه ها است که معمولا در رویکردهای فعلی برای بتن تازه کربناته استفاده می شود.” بنابراین، ما می‌توانیم آن را خیلی سریع مخلوط کنیم و از سینتیک بسیار سریع واکنش‌های شیمیایی که منجر به مخلوط کردن کانی‌های کربنات کلسیم می‌شود، استفاده کنیم..”
روتا لوریا و همکارانش پس از تجزیه و تحلیل بتن گازدار خود دریافتند که قدرت آن با دوام بتن معمولی رقابت می کند.
“یک محدودیت معمولی رویکردهای کربناته سازی این است که استحکام اغلب تحت تاثیرواکنش‌های همیکال، است . اما، بر اساس آزمایش‌هایمان، نشان می‌دهیم که قدرت در واقع ممکن است حتی بالاتر باشد. ما هنوز باید این را بیشتر آزمایش کنیم، اما، حداقل، می‌توانیم بگوییم که سازش ناپذیر است. از آنجا که قدرت بدون تغییر است، برنامه ها نیز تغییر نمی کنند. می‌توان از آن در تیرها، دال‌ها، ستون‌ها، پایه‌ها – همه چیزهایی که در حال حاضر از بتن برای آن استفاده می‌کنیم، استفاده کرد.
زامپینی گفت: «یافته‌های این تحقیق تاکید می‌کند که اگرچه کربناته کردن مواد مبتنی بر سیمان یک واکنش شناخته شده است، اما هنوز فضا برای بهینه‌سازی بیشتر جذب CO2 از طریق درک بهتر مکانیسم‌های مرتبط با پردازش مواد وجود دارد.
مطالعه “ذخیره CO2 در حالی که بتن را با کربناته کردن سیمان آن در حالت تعلیق تقویت می کند” توسط CEMEX Innovation Holding Ltd پشتیبانی شد.
