Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) открыли способ производства биоцемента из отходов, что делает альтернативу традиционному цементу более экологичной и возобновляемой. Об этом сообщает интернет-издание SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Биоцемент – это вид цемента, производимый на основе возобновляемого источника ресурсов, в котором используются бактерии для создания реакции затвердевания, связывающей почву в твердый блок. Ученые NTU создали биоцемент из двух распространенных типов отходов: промышленного карбидного шлама и мочевины, получаемой из обычной мочи млекопитающих.
Сингапурские исследователи во главе с профессором Чу Цзянем разработали метод образования твердого вещества или осадка в результате взаимодействия мочевины с ионами кальция в промышленном карбидном шламе. Когда эта реакция происходит в почве, осадок связывает частицы почвы вместе и заполняет промежутки между ними, в результате чего образуется компактная масса и затем получается прочный и долговечный биоцементный блок.
«Биоцемент является устойчивой и возобновляемой альтернативой традиционному цементу и имеет большой потенциал для применения в строительных проектах. Использование отходов в качестве сырья в долгосрочной перспективе не только удешевит производство биоцемента, но и снизит затраты на утилизацию отходов», – отметил профессор Чу.
Также важно, что процесс производства биоцемента требует меньше энергии и генерирует меньше выбросов углерода по сравнению с традиционными методами производства цемента. Биоцемент команды NTU создается из двух типов отходов: промышленного карбидного шлама – отходов производства ацетиленового газа, поступающего с сингапурских заводов, и мочевины.
Согласно описанию исследователями своего метода, карбидный шлам обрабатывается кислотой для получения растворимого кальция. Затем к растворимому кальцию добавляют мочевину для образования цементирующего раствора. Далее в этот раствор добавляется бактериальная культура, и бактерии расщепляют мочевину в растворе с образованием ионов карбоната.
Эти ионы реагируют с растворимыми ионами кальция в процессе, называемом микробно-индуцированным осаждением кальцита (MICP). В результате этой реакции образуется карбонат кальция – твердый материал, который в естественном виде содержится в меле, известняке и мраморе. Когда эта реакция происходит в почве или песке, образующийся в результате карбонат кальция связывает частицы почвы или песка вместе, увеличивая их прочность, и заполняет поры между ними, чтобы уменьшить просачивание воды через материал.
Грунт, армированный биоцементом, имеет прочность на неограниченное сжатие до 1,7 МПа, что выше, чем у такого же грунта, обработанного эквивалентным количеством цемента. Это делает биоцемент команды NTU пригодным для использования в проектах по улучшению почвы, таких как укрепление грунта или уменьшение просачивания воды для использования в строительстве или земляных работах или для борьбы с эрозией пляжей вдоль береговой линии.
Производство биоцемента более экологично и устойчиво, чем методы, используемые для производства традиционного цемента. «Частью обычного процесса производства цемента является сжигание сырья при очень высоких температурах, превышающих 1000 градусов Цельсия, с образованием клинкеров – связующего вещества. Этот процесс производит много углекислого газа. Наш биоцемент, напротив, производится при комнатной температуре без сжигания чего-либо, и поэтому это более экологичный. менее энергозатратный и углеродно-нейтральный процесс» – пояснил профессор Чу.
В Сингапуре карбидный шлам рассматривается как отходы. Однако это хорошее сырье, дающее кальций для производства биоцемента. За счет этого можно избежать использования таких материалов, как мел и известняк, которые приходится добывать в карьерах. Помимо того, что это исчерпаемый ресурс, добыча известняка также негативно влияет на природную среду и экосистему.
Еще одним преимуществом метода команды NTU при составлении биоцемента является то, что и бактериальная культура, и цементирующий раствор бесцветны. При нанесении на почву, песок или камень сохраняется их первоначальный цвет. Это делает его полезным для восстановления старых каменных памятников и артефактов. Например, доктор Ян Ян использовал биоцемент для ремонта старых памятников Будде в Китае.
В сотрудничестве с соответствующими национальными агентствами в Сингапуре команда NTU в настоящее время испытывает свой биоцемент для укрепления песка на одном из пляжей, предотвращая его вымывание в море. Изучаются возможности дальнейшего крупномасштабного применения нового биоцемента в Сингапуре, например, для ремонта дорог, заделки щелей в подземных туннелях для предотвращения просачивания воды или даже для выращивания коралловых рифов.