Tämä Kulissien takana -artikkeli toimitettiin LiveSciencelle yhteistyössä Kansallisen tiedesäätiön kanssa.
Jos haluat keittää jonkin verran ympäristöystävällistä sementtiä, sekoita vain kaksi kuppia rakeistettua puutarhakalkkikiveä, yksi kuppi jauhettua rakeistettua masuunikuonaa ja kolme ruokalusikallista soodatuhkaa (ts. Natriumkarbonaattia). Tulokset ovat vahva, kestävä ja taloudellinen vaihtoehto tavalliselle portlandsementille (OPC), joka on sementin alan johtava yritys. Drexelin yliopiston Michel Barsoumin ryhmän tutkijat ovat keittäneet tätä näennäisesti uutta tekniikkaa viime vuosien ajan, mutta sen juuret ovat paljon kauempana kuin kukaan voi ymmärtää.
Itse asiassa Egyptin suuriin pyramidiin. Barsoumin ryhmä oli suorittanut tutkimuksia, jotka näyttivät todistavan, että jotkut pyramidien kivistä oli valettu varhaisessa muodossa olevaa sementtiä käyttäen, sen sijaan että ne olisi poistettu kalkkikivestä. Jos jotkut pyramidien rakentamiseen käytetyistä materiaaleista todella valettiin ja ovat kestäneet 4500 vuotta, miksi niitä ei käytettäisi nykypäivän rakennusmateriaaleissa, hän ihmetteli?
"OPC vastaa 5–8 prosentista maailman hiilidioksidista ja kuluttaa valtavan määrän energiaa", sanoo Alex Moseson, kollega, joka johtaa nyt johtajuutta tuoda Barsoumin vaihtoehto markkinoille.
Greenstone-sementin aineosat
Drexelin luoman ”Greenstone” -sementin ja tavallisen portlandsementin välinen ero on käytetyissä aineosissa ja menetelmissä. Greenstone on alkaliaktivoitu sementti (AAC), joka ei vaadi valmistuksen aikana lämmitystä. Sen sijaan AAC luottaa kierrätettyihin ainesosiin, jotka ovat helposti saatavissa - lähinnä teollisuuden jätetuotteista, jotka on jo lämmitetty. Näitä ovat lentotuhka, kivihiilivoimalaitoksista otettu savupiipun noki ja kuona, mikä on sivutuote prosessista, joka muuttaa rautamalmista rautaksi.
Seurauksena on, että Greenstonen ympäristövaikutusprofiili on dramaattisesti erilainen kuin OPC: n, osoittaen 97 prosenttia vähemmän kulutettua energiaa ja myös hiilidioksidia. Lisäksi raaka-aineiden helppo saatavuus nostaa valmistuskustannukset 75 dollarista tonnilta noin 50 dollariin tonnilta. Odotettujen hiilihyvitysten ansiosta Greenstone tuottaa ylimääräisen 5–20 dollaria tonnilta.
Mutta kuinka sitä verrataan suorituskykyyn OPC: hen? "Tuloksemme ja kirjallisuus vahvistavat, että se toimii yhtä hyvin tai paremmin kuin OPC", Barsoum sanoo. Ryhmä on lähellä näkemässä sementti läpäiseviä teollisuustestejä, jotka asettavat vertailuarvoja lujuudelle, asetetulle ajalle ja tilavuuden vakaudelle.
Tärkeää, sanoo Moseson, ”Olemme aina työskennelleet kohti sementtiä, joka toimii reaalimaailmassa, ei vain laboratoriossa. Se tarkoittaa hyllyn vakautta, työstettävyyttä, kovettumista huoneenlämpötilassa, helppoa kuljetusta ja muuta. "
Moseson harjoitti tällaista todellisen maailman sovellusta ollessaan IIT Bombayssa Mumbaissa tutkiessa väitöskirjaansa. Hän työskenteli yhdessä paikallisten tutkijoiden kanssa kehittääkseen AAC: n, joka täytti Intiassa asetetut sementtivaatimukset, ja selvitti, kuinka Greenstone-tuotanto voisi antaa slummissa asuville ihmisille mahdollisuuden. Nykyään siellä suuri sementinvalmistaja harkitsee kolmea paikallisista materiaaleista valmistettua tuotetta, joka käyttää paikallisia työkaluja ja työvoimaa.
Ryhmä on ottanut Greenstonen ja perustanut yrityksen, Greenstone Technologies, Inc. He aloittivat tieteellisten tulosten julkaisemisen havainnoistaan vuonna 2009 ja marraskuun 2011 julkaisun Sementti- ja betonikomposiitit keskusteli Drexelin vihreän sementin käytännön mahdollisuuksista. Tutkijat keskustelevat tällä hetkellä sijoittajien ja mahdollisten kumppaneiden kanssa. Onko Drexel-sementin markkinoille saattamiselle esteitä, kun väitetään hyötyvän alennetuista kustannuksista, vähentyneestä saastumisesta ja parantuneesta suorituskyvystä? "Tämän markkinoille pääsyn haasteisiin sisältyy vaihtelu raaka-aineiden välillä ... ja uuden materiaalin validointiin kuluva aika", Moseson sanoo. ”Vaikka tutkimuksemme antaa meille mahdollisuuden kompensoida vaihtelua, se auttaa, jos jalostajat ajattelevat lentotuhkaa ja kuonaa sivutuotteina sivutuotteiden sijaan, ja auttaisivat näitä materiaaleja standardisoimaan käytettäväksi sementissä.
”Meidän on myös voitettava voimakkaat markkinavoimat. OPC on 300 miljardin dollarin globaalit markkinat, ja rakentajien ja teollisuuden vakuuttaminen käyttämään jotain muuta on vaikeaa. Haaste on myös vakuuttaa ihmisille, että sementtimme kestää niin kauan kuin OPC, kun se on uudempi. " Lisäksi heidän tuotteitaan ei voida patentoida jo 1950-luvulta lähtien suuren tekniikan tason tai tekniikkaan liittyvän aikaisemman tietämyksen takia, mikä on joskus pelotteena sijoittajille. Näistä esteistä huolimatta kiinnostus heidän työhönsä kasvaa.
Mielenkiintoista on, että AAC ei ole täysin uusi. 1950- ja 1960-luvuilla AAC-muotoa käytettiin menestyksekkäästi joihinkin entisen Neuvostoliiton rakennuksiin. Egyptin suurten pyramidien lisäksi suuri osa tutkimuksen inspiraatiosta tuli muinaisesta Roomasta. "Kaikki roomalaisten rakentama oli valmistettu samanlaisista ainesosista", Moseson sanoo. "Vaikka emme tiedä 2000 vuoden ajan, onko meillä Rooman rakennusten pitkäikäisyys, se antaa meille kuvan näiden tavaroiden pysyvyydestä."
Toimittajan huomautus: Kulissien takana -artikkeleissa kuvatut tutkijat ovat tukeneet Kansallinen tiedesäätiö, liittovaltion virasto, jonka tehtävänä on rahoittaa perustutkimusta ja koulutusta kaikilla tieteen ja tekniikan aloilla. Tässä materiaalissa esitetyt mielipiteet, havainnot ja päätelmät tai suositukset ovat tekijän lausuntoja, eivätkä välttämättä heijasta Kansallisen tiedesäätiön näkemyksiä. Katso Kulissien takana -arkisto.
