Vain yhden betonin pääainesosan korvaaminen tulivuorikivellä saattaa vähentää materiaalin valmistuksen hiilipäästöjä lähes kahdella kolmasosalla uuden tutkimuksen mukaan.
Betoni on antanut meille Pantheonin Roomassa, Sydneyn oopperatalon, Hooverin padon ja lukemattomat paljaat monoliitit. Keinotekoiset kalliopuikot kaupunkeissamme ja tietä, tuulipuistojen ja aurinkopaneelirakenteiden taustalla - ja ne kaadetaan tonnilla infrastruktuurihankkeisiin, joita tuetaan COVID-elvytysinvestoinneilla Yhdysvalloissa ja ulkomailla.
Tästä aiheutuu kuitenkin huomattavat kustannukset ilmastonmuutoksen torjumiseksi, koska sementti- sitova elementti, joka sekoitetaan hiekkaan, soraan ja veteen betonin valmistamiseksi, kuuluu suurimpiin teollisiin tekijöihin ilmaston lämpenemisessä.
"Betoni on läsnä kaikkialla, koska se on yksi edullisimmista rakennusmateriaaleista, sitä on helppo käsitellä ja se voidaan muotoilla melkein mihin tahansa muotoon", sanoo Stanfordin yliopiston geofysiikan apulaisprofessori Tiziana Vanorio.
Mutta sementin tuotanto vapauttaa jopa 8% vuotuisista ihmisen toiminnasta aiheutuvista hiilidioksidipäästöistä, ja kysynnän odotetaan kasvavan tulevina vuosikymmeninä, kun kaupungistuminen ja taloudellinen kehitys ajavat uusien rakennusten ja infrastruktuurin rakentamista.
"Jos aiomme vähentää hiilipäästöjä tasolle, joka on välttämätön katastrofaalisen ilmastonmuutoksen estämiseksi, meidän on muutettava tapaa, jolla teemme sementtiä", Vanorio sanoo.
Koralliriutat, hummerikuoret ja mantis katkaravut
Betonin CO2 ongelma alkaa kalkkikivestä, joka on pääasiassa kalsiumkarbonaattia. Portland-sementin - nykyaikaisen betonin pastamainen ainesosa - valmistamiseksi kalkkikiveä kaivetaan, murskataan ja paistetaan korkeassa lämpötilassa savella ja pienillä määrillä muita materiaaleja jättiläisissä uuneissa. Tämän lämmön tuottamiseen kuuluu yleensä hiilen tai muiden fossiilisten polttoaineiden polttaminen, mikä muodostaa yli kolmanneksen betonin hiilipäästöistä.
Lämpö laukaisee kemiallisen reaktion, joka tuottaa marmorikokoisia harmaita kokkareita, jotka tunnetaan nimellä klinkkeri, jotka jauhetaan sitten hienoksi jauheeksi, jonka tunnistamme sementiksi. Reaktio vapauttaa myös hiiltä, joka voisi muuten pysyä lukittuna kalkkikiveen satoja miljoonia vuosia. Tämä vaihe tuottaa suurimman osan jäljellä olevasta CO: sta2 betonin tuotannon päästöt.
Vanorio ja hänen kollegansa prototypoivat nyt sementtiä, joka eliminoi CO: n2- loistava kemiallinen reaktio tekemällä klinkkeri a tulivuoren kallio joka sisältää kaikki tarvittavat rakennuspalikat, mutta ei hiiltä.
Koska betoni on planeetan eniten käytetty rakennusmateriaali, se on jo pitkään ollut uusiutumisen kohde. Tutkijat ja yritykset ovat löytäneet inspiraatiota uusille resepteille koralliriutoista, hummerikuorista ja vasaramäisistä seuroista mantis katkarapu. Toiset korvaavat klinkkerin osittain teollisuusjätteellä, kuten kivihiililaitosten lentotuhkalla, tai injektoivat talteenotettua hiilidioksidia seokseen keinona vähentää betonin ilmastovaikutuksia.
Presidentti Joe Biden on kehottanut laajentamaan hiilidioksidin talteenottoa ja vetypolttoaineiden käyttöä sementinvalmistuksessa puolittamaan Yhdysvaltojen kasvihuonekaasupäästöt vuodesta 2005 vuoteen 2030 mennessä.
Ohita kalkkikivi
Vanorio ehdottaa, että kalkkikivi lopetettaisiin kokonaan ja aloitettaisiin sen sijaan kivellä, joka voitaisiin louhita monilla tulivuorialueilla ympäri maailmaa. "Voimme ottaa tämän kiven, jauhaa sen ja sitten lämmittää klinkkerin tuottamiseksi käyttäen samoja laitteita ja infrastruktuuria, jota tällä hetkellä käytetään klinkkerin valmistamiseen kalkkikivestä", hän sanoo.
Kuuma vesi, joka on sekoitettu tämän vähähiilisen klinkkerin kanssa, ei vain muuta sitä sementiksi, vaan myös edistää pitkien, toisiinsa kietoutuneiden molekyyliketjujen kasvua, jotka näyttävät sotkeutuneilta kuiduilta mikroskoopilla katsottuna. Samanlaisia rakenteita esiintyy hydrotermisissä ympäristöissä luonnollisesti sementoituneissa kivissä - paikoissa, joissa palava kuuma vesi kiertää maan alla - ja konkreettisissa Rooman satamissa, jotka ovat selviytyneet 2,000 vuoden hyökkäyksestä syövyttävässä suolaisessa vedessä ja aaltoilevissa aalloissa, joissa moderni betoni yleensä murenee vuosikymmenien kuluessa.
Kuten nykyaikaisissa betonirakenteissa halkeamien estämiseksi yleisesti käytetty raudoitus, nämä pienet mineraalikuidut torjuvat materiaalin tavallista haurautta.
”Betoni ei pidä venytyksestä. Ilman jonkinlaista vahvistusta se rikkoutuu, ennen kuin se taipuu stressin alla ”, kertoo Vanorio viimeisimpien mikrorakenteet Rooman meribetonissa ja kalliofysiikka siirtymässä vähähiiliseen tulevaisuuteen. Suurin osa betonista on nyt vahvistettu suuressa mittakaavassa teräksellä.
"Ajatuksemme on vahvistaa sitä nanomittakaavassa oppimalla, kuinka kuitumaiset mikrorakenteet vahvistavat tehokkaasti kiviä ja niitä tuottavia luonnollisia olosuhteita", hän sanoo.
Paranemisen ja sietokyvyn oppitunnit
Prosessi Vanorio suunnittelee muutosta tulivuoren kallio betoniksi muistuttaa tapaa, jolla kivet sementtiä hydrotermisissä ympäristöissä. Usein tulivuorien ympärillä ja aktiivisten tektonisten levyjen rajojen yläpuolella hydrotermiset olosuhteet antavat kivien reagoida ja yhdistyä nopeasti lämpötiloissa, jotka eivät ole kuumempia kuin kotiuuni, käyttäen vettä voimakkaana liuottimena.
Kuten parantava iho, myös maapallon uloimman kerroksen sementin halkeamat ja viat muodostuvat ajan mittaan mineraalien ja kuuman veden reaktioiden kautta. "Luonto on ollut suuri inspiraation lähde innovatiivisille materiaaleille, jotka jäljittelevät biologista elämää", Vanorio sanoo. "Voimme myös saada inspiraation maaprosesseista, jotka mahdollistavat parantumisen ja vahingoittavat joustavuutta."
Tiilistä ja taotusta metallista lasiin ja muoviin ihmiset ovat jo pitkään valmistaneet materiaaleja käyttämällä samoja voimia, jotka ohjaavat maapallon kalliokiertoa: lämpöä, painetta ja vettä. Lukuisat arkeologiset ja mineralogiset tutkimukset osoittavat, että muinaiset roomalaiset ovat ehkä oppineet hyödyntämään tulivuoren tuhkaa aikaisintaan tunnetuksi betonireseptiksi katsomalla sen kovettumista, kun se sekoitetaan luonnollisesti veteen.
"Tänään meillä on mahdollisuus tarkkailla sementoitumista 21-luvun tekniikan ja ympäristövaikutusten tuntemuksen avulla", Vanorio sanoo.
Vanorio aloitti materiaalitieteiden ja tekniikan professori Alberto Salleon kanssa mennäkseen geologian jäljittelemisen ulkopuolelle sen prosessien manipulointiin tiettyjen tulosten ja mekaanisten ominaisuuksien suhteen nanoskaalatekniikan avulla. "On yhä ilmeisempää, että sementti voidaan suunnitella nanoluokassa ja että sitä tulisi tutkia myös siinä mittakaavassa", Salleo sanoo.
Betonin vikojen omaksuminen
Monet sementin ominaisuudet riippuvat pienistä vikoja ja eri komponenttien välisten sidosten lujuudesta, Salleo sanoo. Pienet kuidut, jotka kasvavat ja kietoutuvat jauhettujen kivien sementoinnin aikana, toimivat kuten kiristävät köydet, antaen voimaa. "Haluamme sanoa, että materiaalit ovat kuin ihmiset: niiden viat tekevät niistä mielenkiintoisia", hän sanoo.
Vuonna 2019 pysyvä uteliaisuus muinaisesta betonista, jonka hän oli nähnyt raunioiden joukossa lapsena Roomassa, sai Salleon tavoittamaan Vanorion, jonka oma matka kalliofysiikkaan alkoi kokenut maankuoren dynaamisuuden lapsuudessaan napolilaisessa. satamakaupunki kalderan keskellä, jossa roomalainen betoni valmistettiin ensimmäisen kerran.
Siitä lähtien Salleo on tullut näkemään geologisten prosessien innoittaman vähähiilisen klinkkerin työn loogisena sovituksena ryhmänsä kestävyyteen liittyviin projekteihin, kuten edullisiin muovimateriaaleihin perustuviin aurinkokennoihin ja energian varastointiin tarkoitettuihin sähkökemiallisiin laitteisiin.
"Ajattelu vähähiiliseen klinkkeriin on toinen tapa vähentää ilmakehään lähettämämme hiilidioksidimäärää", hän sanoo. Mutta se on vasta alkua. "Maa on jättimäinen laboratorio, jossa materiaalit sekoittuvat korkeissa lämpötiloissa ja korkeissa paineissa. Kuka tietää, kuinka monta muuta mielenkiintoista ja viime kädessä hyödyllistä rakennetta siellä on? "
Lähde: Stanfordin yliopisto
Liittyvät kirjat
Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi
Paul Hawken ja Tom Steyer
Laajasti levinneen pelon ja apatian edessä kansainvälinen tutkijoiden, ammattilaisten ja tutkijoiden koalitio on koonnut tarjoamaan joukon realistisia ja rohkeita ratkaisuja ilmastonmuutokseen. Tässä on kuvattu sata tekniikkaa ja käytäntöä - jotkut ovat hyvin tunnettuja; jotkut, joita et ole koskaan kuullut. Ne vaihtelevat puhtaasta energiasta tyttärien kouluttamiseen pienituloisissa maissa maankäytön käytäntöihin, jotka vetävät hiiltä pois ilmassa. Ratkaisut ovat olemassa, ovat taloudellisesti kannattavia ja yhteisöt kaikkialla maailmassa toteuttavat niitä taitavasti ja päättäväisesti. Saatavana Amazon
Ilmastoratkaisujen suunnittelu: Poliittinen opas vähähiiliseen energiaan
Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Koska ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat jo kohdanneet, tarve vähentää maailmanlaajuisia kasvihuonekaasupäästöjä on kiireellistä. Se on pelottava haaste, mutta tekniikat ja strategiat sen täyttämiseksi ovat olemassa tänään. Pieni joukko energiapolitiikkoja, jotka on suunniteltu ja toteutettu hyvin, voivat viedä meidät polulle vähähiiliseen tulevaisuuteen. Energiajärjestelmät ovat suuria ja monimutkaisia, joten energiapolitiikan on oltava kohdennettua ja kustannustehokasta. Yksi koko sopiva lähestymistapa ei yksinkertaisesti saa aikaan työtä. Päättäjät tarvitsevat selkeän, kattavan resurssin, jossa hahmotellaan energiapolitiikat, joilla on suurin vaikutus ilmastotulevaisuuteen, ja kuvataan, miten nämä politiikat suunnitellaan hyvin. Saatavana Amazon
Tämä muuttaa kaikkea: kapitalismi vs. ilmasto
kirjoittanut Naomi Klein
In Tämä muuttaa kaiken Naomi Klein väittää, että ilmastonmuutos ei ole pelkästään toinen asia, joka on jätettävä verojen ja terveydenhuollon välillä. Se on hälytys, joka kutsuu meitä vahvistamaan taloudellisen järjestelmän, joka on jo meitä monin tavoin epäonnistumassa. Klein rakentaa huolellisesti tapaa, jolla kasvihuonekaasupäästömme vähentäminen on meidän tilaisuutemme vähentää samanaikaisesti eriarvoisuutta, kuvitella rikkoutuneita demokratiojamme uudelleen ja rakentaa taloutemme. Hän paljastaa ilmastonmuutoksen denierien ideologisen epätoivon, mahdollisten geoengineerien messiaaniset harhaluulot ja liian monien vihreiden aloitteiden traagisen defeatismin. Ja hän osoittaa täsmälleen, miksi markkinat eivät ole - eivätkä voi - korjata ilmastokriisiä, vaan pahentavat sen sijaan entistä äärimmäisempiä ja ekologisesti haitallisia uuttomenetelmiä, joihin liittyy riehuva katastrofi kapitalismi. Saatavana Amazon
Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ja ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.
Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt Futurity
