Новый материал решает проблему углерода в производстве и использовании бетона, используя довольно необычную рабочую силу: цианобактерии. Биоцемент, который эти микроорганизмы помогают производить, использует процесс, который существует в природе уже 3,5 миллиарда лет.
К настоящему времени проблема углерода в бетоне уже широко разрекламирована. По данным Scientific American , производство одного килограмма бетона выбрасывает в воздух один килограмм углекислого газа. Это происходит не только из-за химических реакций, используемых для его создания, но и из-за сжигания ископаемого топлива, чтобы нагреть гигантские печи до температуры 1450 °C (2640 °F), необходимой для обжига известняка, предшественника производства цемента, который является основой бетона. Производство бетона в настоящее время отвечает примерно за 8% от общего объема выбросов углерода в мире.
При этом, поскольку это настолько эффективный строительный материал, от него трудно отказаться. Фактически, согласно отчету Университета штата Аризона , бетон является вторым по использованию материалом в мире, уступая только воде.
В результате мы увидели несколько гениальных способов создания его — или веществ, которые его имитируют — гораздо более экологичными способами. Только в прошлом году мы сообщали о методе, который заменяет известняковые печи на метод электролиза с нулевым выбросом углерода ; об использовании пищевой соды для сокращения выбросов углерода; и о добавлении биоугля в цемент для создания бетона, который поглощает 23% собственного веса углекислого газа из окружающей среды.
Лаборатория возрастом в три миллиарда лет
Теперь исследователи в Германии создали бетонную альтернативу, которая не только углеродно-нейтральна, но и углеродно-отрицательна. Чтобы создать ее, они изучили, как структуры, известные как строматолиты, формировались в известняке на протяжении более трех миллиардов лет, а затем воссоздали этот процесс в лаборатории.
Для начала они создали бактериальные культуры из цианобактерий — широко известных как сине-зеленые водоросли — предоставив им идеальный источник света и питательные вещества для оптимизации их роста и способности к фотосинтезу. Затем, чтобы заставить бактерии пройти минерализацию и создать строматолитоподобные структуры, они добавили хлорид кальция и другие источники кальция. Затем к этой смеси они добавили гидрогели и другие наполнители, такие как песок, примерно так же, как заполнители добавляются в цемент для создания бетона. Наконец, в суспензию закачивали углекислый газ для поддержки процесса роста, который полностью управляется светом.
Изображение цианобактерий, использованных для создания структуры биобетона.Фраунгофер ИКТС
«Развивающаяся твердая структура все еще остается пористой во время процесса, поэтому свет проникает внутрь и запускает фиксацию углекислого газа через минерализацию известняка», — сказал руководитель проекта Маттиас Альхельм из Института керамических технологий и систем Фраунгофера IKTS. «Мы можем остановить процесс, удалив свет и влагу или изменив температуру». После этого оставшиеся бактерии погибают, а полученный материал полностью освобождается от токсичных веществ. Он также изолирует вредный парниковый газ в самой своей структуре.
Материал можно заливать в формы или решетчатые конструкции для создания кирпичей или практически неограниченного количества других форм, его можно экструдировать или использовать в аддитивном производстве, например, при строительстве с помощью 3D-печати , или его можно наносить методом распыления.
Пористые структуры можно заполнить материалом, чтобы сделать их еще прочнее.
Пористые структуры можно заполнить биоматериалом, чтобы сделать их еще прочнее.Фраунгофер ИКТС
Теперь команда изучает возможность масштабирования производства материала и сделать его еще более экологичным. Например, исследователи говорят, что они могли бы получать углекислый газ из промышленных загрязнителей, а кальций — из отходов, производимых базальтовыми и другими шахтами.
Майкл Франко
Источник: Общество Фраунгофера.