Według nowego badania zastąpienie tylko jednego z głównych składników betonu skałą wulkaniczną może zmniejszyć emisje dwutlenku węgla podczas produkcji materiału o prawie dwie trzecie.
Beton dał nam Panteon w Rzymie, Operę w Sydney, Zaporę Hoovera i niezliczone blokowe monolity. Sztuczna skała pokrywa nasze miasta i drogi, stanowi podstawę farm wiatrowych i paneli słonecznych – i zostanie wylana w tonach projektów infrastrukturalnych wspieranych przez inwestycje w odbudowę COVID w Stanach Zjednoczonych i za granicą.
Wiąże się to jednak z wysokimi kosztami działań na rzecz przeciwdziałania zmianom klimatu, ponieważ: cement— element wiążący, który miesza się z piaskiem, żwirem i wodą w celu wytworzenia betonu — należy do największych przemysłowych czynników przyczyniających się do globalnego ocieplenia.
„Beton jest wszechobecny, ponieważ jest jednym z najtańszych materiałów budowlanych, łatwo się nim manipuluje i można go formować w dowolny kształt”, mówi Tiziana Vanorio, profesor geofizyki na Uniwersytecie Stanforda.
Jednak produkcja cementu wyzwala aż 8% rocznych emisji dwutlenku węgla związanych z działalnością człowieka, a oczekuje się, że w nadchodzących dziesięcioleciach popyt wzrośnie, ponieważ urbanizacja i rozwój gospodarczy napędzają budowę nowych budynków i infrastruktury.
„Jeżeli zamierzamy ograniczyć emisje dwutlenku węgla do poziomów niezbędnych do uniknięcia katastrofalnych zmian klimatycznych, musimy zmienić sposób, w jaki produkujemy cement”, mówi Vanorio.
Rafy koralowe, muszle homarów i krewetki modliszkowe
CO . betonu2 Problem zaczyna się od wapienia, skały zbudowanej głównie z węglanu wapnia. Aby wytworzyć cement portlandzki – główny składnik o konsystencji pasty we współczesnym betonie – wapień jest wydobywany, kruszony i wypalany w wysokich temperaturach z gliną i niewielkimi ilościami innych materiałów w gigantycznych piecach. Wytwarzanie tego ciepła zwykle wiąże się ze spalaniem węgla lub innych paliw kopalnych, które odpowiadają za ponad jedną trzecią emisji dwutlenku węgla związanych z betonem.
Ciepło wyzwala reakcję chemiczną, w wyniku której powstają szare grudki wielkości marmuru, znane jako klinkier, które następnie są mielone na drobny proszek, który rozpoznajemy jako cement. Reakcja uwalnia również węgiel, który w innym przypadku mógłby pozostać zamknięty w wapieniu przez setki milionów lat. Ten krok przyczynia się do większości pozostałego CO2 emisje z produkcji betonu.
Vanorio i współpracownicy tworzą prototypy cementu, który eliminuje CO2-odbijanie reakcji chemicznej przez wykonanie klinkieru z a skała wulkaniczna który zawiera wszystkie niezbędne elementy budulcowe, ale nie zawiera węgla.
Beton, jako najczęściej używany materiał budowlany na świecie, od dawna jest celem odkrywania na nowo. Naukowcy i firmy znalazły inspirację dla nowych przepisów w rafach koralowych, muszlach homarów i przypominających młoty maczugach krewetki modliszki. Inni częściowo zastępują klinkier odpadami przemysłowymi, takimi jak popiół lotny z elektrowni węglowych lub wstrzykiwanie wychwyconego dwutlenku węgla do mieszanki w celu zmniejszenia wpływu betonu na klimat.
Prezydent Joe Biden wezwał do rozszerzenia wychwytywania dwutlenku węgla i wykorzystania paliwa wodorowego w produkcji cementu, aby do 2005 r. zmniejszyć o połowę emisje gazów cieplarnianych w USA w stosunku do poziomu z 2030 r.
Pomiń wapień
Vanorio proponuje całkowite wyeliminowanie wapienia i rozpoczęcie zamiast tego od skały, która mogłaby być wydobywana w wielu regionach wulkanicznych na całym świecie. „Możemy wziąć tę skałę, zmielić ją, a następnie podgrzać do produkcji klinkieru przy użyciu tego samego sprzętu i infrastruktury, które są obecnie używane do produkcji klinkieru z wapienia”, mówi.
Gorąca woda zmieszana z tym niskowęglowym klinkierem nie tylko przekształca go w cement, ale także wspomaga wzrost długich, splecionych łańcuchów cząsteczek, które wyglądają jak splątane włókna oglądane pod mikroskopem. Podobne struktury istnieją w skałach naturalnie zacementowanych w środowiskach hydrotermalnych – miejscach, w których gorąca woda krąży tuż pod ziemią – oraz w betonowych rzymskich portach, które przetrwały 2,000 lat ataków korozyjnej słonej wody i fal, w których współczesny beton zwykle kruszy się w ciągu dziesięcioleci.
Podobnie jak pręt zbrojeniowy powszechnie stosowany w nowoczesnych konstrukcjach betonowych w celu zapobiegania pękaniu, te drobne włókna mineralne zwalczają zwykłą kruchość materiału.
„Beton nie lubi być rozciągany. Bez jakiegoś wzmocnienia pęknie, zanim ugnie się pod wpływem stresu – mówi Vanorio, starszy autor ostatnich artykułów na temat mikrostruktury w rzymskim betonie morskim i na roli fizyka skały w przejściu na niskoemisyjną przyszłość. Większość betonu jest obecnie wzmacniana na dużą skalę stalą.
„Naszym pomysłem jest wzmocnienie go w nanoskali poprzez poznanie, w jaki sposób mikrostruktury włókniste skutecznie wzmacniają skały i warunki naturalne, które je wytwarzają” – mówi.
Lekcje leczenia i odporności
Proces, który Vanorio przewiduje dla transformacji skała wulkaniczna w beton przypomina sposób, w jaki skały cementują się w środowiskach hydrotermalnych. Warunki hydrotermalne, często spotykane wokół wulkanów i powyżej granic aktywnych płyt tektonicznych, pozwalają skałom na szybką reakcję i rekombinację w temperaturach nie wyższych niż w domowym piekarniku, przy użyciu wody jako silnego rozpuszczalnika.
Podobnie jak gojenie skóry, pęknięcia i ubytki w najbardziej zewnętrznej warstwie Ziemi łączą się z czasem poprzez reakcje między minerałami i gorącą wodą. „Natura była wspaniałym źródłem inspiracji dla innowacyjnych materiałów, które naśladują życie biologiczne”, mówi Vanorio. „Możemy również czerpać inspirację z procesów Ziemi, które umożliwiają leczenie i odporność na uszkodzenia”.
Od cegieł i kutego metalu po szkło i tworzywa sztuczne, ludzie od dawna wytwarzają materiały przy użyciu tych samych sił, które napędzają cykl skalny Ziemi: ciepła, ciśnienia i wody. Liczne badania archeologiczne i mineralogiczne wskazują, że starożytni Rzymianie mogli nauczyć się wykorzystywać popiół wulkaniczny do najwcześniejszego znanego przepisu na beton, obserwując, jak twardnieje po naturalnym zmieszaniu z wodą.
„Dzisiaj mamy okazję obserwować cementowanie przez pryzmat technologii XXI wieku i wiedzy o wpływie na środowisko”, mówi Vanorio.
Vanorio połączył siły z profesorem materiałoznawstwa i inżynierii Alberto Salleo, aby wyjść poza imitację geologii i manipulować jej procesami w celu uzyskania określonych wyników i właściwości mechanicznych przy użyciu inżynierii w nanoskali. „Coraz bardziej oczywiste staje się, że cement może być konstruowany w nanoskali i powinien być również badany w tej skali” – mówi Salleo.
Obejmując wady betonu
Wiele właściwości cementu zależy od małych wady i na sile wiązań między różnymi komponentami, mówi Salleo. Drobne włókna, które rosną i przeplatają się podczas cementowania sproszkowanych skał, działają jak liny napinające, nadając siłę. „Lubimy mówić, że materiały są jak ludzie: to ich wady czynią je interesującymi”, mówi.
W 2019 roku nieustająca ciekawość starożytnego betonu, który widział wśród ruin jako dziecko dorastające w Rzymie, skłoniła Salleo do skontaktowania się z Vanorio, którego własna podróż do fizyki skał rozpoczęła się po tym, jak doświadczyła dynamiki skorupy ziemskiej podczas jej dzieciństwa w neapolitańskim miasto portowe w centrum kaldery, gdzie po raz pierwszy zaprojektowano rzymski beton.
Od tego czasu Salleo zaczął postrzegać prace nad niskoemisyjnym klinkierem inspirowanym procesami geologicznymi jako logiczne dopasowanie do projektów jego grupy związanych ze zrównoważonym rozwojem, takich jak tanie ogniwa słoneczne oparte na tworzywach sztucznych i urządzenia elektrochemiczne do magazynowania energii.
„Myślenie o klinkierze niskoemisyjnym to kolejny sposób na zmniejszenie ilości CO2, który wysyłamy do atmosfery”, mówi. Ale to dopiero początek. „Ziemia to gigantyczne laboratorium, w którym materiały mieszają się w wysokich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem. Kto wie, ile jest tam innych interesujących i ostatecznie użytecznych struktur?”
Źródło: Stanford University
Powiązane książki
Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie
autorstwa Paula Hawkena i Toma Steyera
W obliczu powszechnego strachu i apatii międzynarodowa koalicja naukowców, profesjonalistów i naukowców połączyła się, aby zaoferować zestaw realistycznych i odważnych rozwiązań w zakresie zmian klimatu. Opisano tutaj sto technik i praktyk - niektóre są dobrze znane; niektóre, o których być może nigdy nie słyszałeś. Obejmują one od czystej energii po edukację dziewcząt w krajach o niższych dochodach po praktyki użytkowania gruntów, które wyciągają węgiel z powietrza. Rozwiązania istnieją, są ekonomicznie opłacalne, a społeczności na całym świecie obecnie wdrażają je z umiejętnościami i determinacją. Dostępne na Amazon
Projektowanie rozwiązań klimatycznych: Przewodnik polityczny dotyczący energii niskoemisyjnej
przez Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Ponieważ skutki zmiany klimatu już dotykają nas, potrzeba ograniczenia globalnych emisji gazów cieplarnianych jest pilna. To trudne wyzwanie, ale technologie i strategie pozwalające mu sprostać istnieją już dzisiaj. Niewielki zestaw polityk energetycznych, dobrze zaprojektowanych i wdrożonych, może skierować nas na ścieżkę do przyszłości niskoemisyjnej. Systemy energetyczne są duże i złożone, dlatego polityka energetyczna musi być ukierunkowana i opłacalna. Podejście uniwersalne po prostu nie spełni swojego zadania. Decydenci potrzebują jasnych, kompleksowych zasobów, które nakreślą polityki energetyczne, które będą miały największy wpływ na naszą przyszłość klimatyczną, oraz opisują, jak dobrze zaprojektować te polityki. Dostępne na Amazon
To zmienia wszystko: kapitalizm kontra klimat
autor: Naomi Klein
In To wszystko zmienia Naomi Klein twierdzi, że zmiany klimatu to nie tylko kolejna kwestia, którą należy starannie uporządkować między podatkami a opieką zdrowotną. Jest to alarm, który wzywa nas do naprawienia systemu gospodarczego, który już pod wieloma względami zawodzi. Klein skrupulatnie opowiada się za tym, jak ogromne zmniejszenie naszej emisji gazów cieplarnianych jest naszą najlepszą szansą na jednoczesne zmniejszenie rozbieżnych nierówności, ponowne wyobrażenie sobie naszych złamanych demokracji i odbudowę wypatroszonych lokalnych gospodarek. Obnaża ideologiczną desperację negacjonistów zmian klimatu, mesjanistyczne złudzenia niedoszłych geoinżynierów oraz tragiczny defetyzm zbyt wielu głównych inicjatyw ekologicznych. I dokładnie pokazuje, dlaczego rynek nie - i nie może - naprawić kryzysu klimatycznego, ale pogorszy sytuację, wprowadzając coraz bardziej ekstremalne i niszczące ekologicznie metody wydobycia, któremu towarzyszy szalony kapitalizm katastroficzny. Dostępne na Amazon
Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.
Artykuł pierwotnie pojawił się na Przyszłość
