Nový typ betónu je výrazne pevnejší. Zároveň dokáže zachytávať oxid uhličitý
Vedci vytvorili nový betón, ktorý je pevnejší než bežný betón a zároveň dokáže zachytávať CO₂. Pomohla im kombinácia zeolitu a bambusového biouhlia.
Betón patrí medzi základné stavebné materiály modernej civilizácie. Nájdeš ho v cestách, mostoch, budovách, kanalizácii aj priehradách. Má však jednu negatívnu vlastnosť, ktorá sa pri snahe znižovať emisie dostáva čoraz viac do pozornosti, jeho výroba je spojená s veľkým množstvom oxidu uhličitého.
Vedci preto hľadajú spôsoby, ako betón upraviť tak, aby nemal iba mechanickú funkciu. Tím z Mepco Schlenk Engineering College v Indii teraz predstavil zmes, ktorá má okrem pevnosti ešte jednu zaujímavú vlastnosť. Dokáže viazať CO₂.
Výskumníci do betónu pridali dve netradičné zložky, zeolit a bambusové biouhlie. V laboratórnych testoch potom skúmali, ako sa zmení jeho pevnosť, odolnosť aj schopnosť prijímať oxid uhličitý. Výsledky publikovali v časopise Carbon Research.
Čo má spoločné betón s mačacím stelivom?
Zeolit možno poznáš skôr z úplne iných oblastí. Ide o porézny minerál s množstvom drobných dutín v štruktúre. Práve tie mu dávajú schopnosť zachytávať rôzne molekuly. Vedci preto časť jemného kameniva v betóne nahradili zeolitom. Vyskúšali dve množstvá, 25 a 50 percent. Druhou zložkou bolo bambusové biouhlie. Vzniká zahrievaním biomasy pri nedostatku kyslíka a obsahuje veľké množstvo uhlíka. Aj jeho vnútorná štruktúra obsahuje množstvo pórov, ktoré dokážu zachytávať molekuly.
Výskumníci ho preto použili namiesto časti cementu. V jednotlivých vzorkách predstavovalo 0,5, 1 alebo 1,5 percenta hmotnosti cementu. Následne pripravili rôzne kombinácie oboch materiálov a porovnali ich s klasickým betónom.
Neprehliadni
Najlpeší výsledok priniesla vzorka označená ako ZB5. Obsahovala 50 percent zeolitu ako náhrady jemného kameniva a 1 percento bambusového biouhlia ako náhrady cementu. Pri skúške po 28 dňoch dosiahla tlaková pevnosť 38,49 MPa. V porovnaní s kontrolnou vzorkou išlo o nárast približne 7,48 percenta. Ešte výraznejší rozdiel vedci zaznamenali pri skúške pevnosti v priečnom ťahu. ZB5 dosiahla 4,39 MPa, čo predstavovalo približne 15-percentné zlepšenie oproti bežnému betónu.
Výskumníci zároveň sledovali odolnosť proti nárazom. ZB5 dosiahla hodnotu 30 joulov, približne o 10 percent viac než kontrolná vzorka. Množstvo vody, ktoré materiál absorboval, zostalo podľa autorov v povolenom rozsahu. Za zlepšením môže stáť kombinácia vlastností oboch materiálov. Zeolit má pórovitú štruktúru a obsahuje kremík a hliník, ktoré môžu prispieť k tvorbe hustejšej štruktúry cementového spojiva. Jemné častice biouhlia zase môžu vyplniť niektoré priestory medzi ostatnými zložkami. Výsledkom môže byť kompaktnejšia vnútorná štruktúra betónu.
Vedcov prekvapilo viazanie oxidu uhličitého
Pevnejší betón by sám o sebe nebol až takým prekvapením. Oveľa zaujímavejšia časť experimentu sa ale týkala oxidu uhličitého. Vedci umiestnili vzorky do karbonatačnej komory, kde ich vystavili CO₂. ZB5 dokázala podľa výsledkov absorbovať približne 1,2 gramu CO₂ za deň. Po siedmich dňoch prenikol proces karbonatácie do hĺbky približne 15 milimetrov.
Nie všetky vzorky však fungovali rovnako. Pri vyššom podiele biouhlia síce schopnosť prijímať CO₂ ďalej rástla, no mechanické vlastnosti betónu sa začali zhoršovať. To je jeden z najzaujímavejších výsledkov práce. Najväčšie množstvo zachyteného CO₂ automaticky neznamenalo najlepší betón. Vzorka ZB6 s 1,5 percenta bambusového biouhlia dosiahla po siedmich dňoch karbonatačnú hĺbku 16 milimetrov, teda o milimeter viac než ZB5. ZB5 však ponúkla lepšiu kombináciu pevnosti a schopnosti viazať CO₂.
Prečo výskumníci zvolili zeolit a bambus
Zeolit obsahuje množstvo mikroskopických pórov a dutín. Výskumníci pomocou mikroskopických a chemických analýz sledovali vlastnosti použitých materiálov a potvrdili ich pórovitú štruktúru. Bambusové biouhlie má zase vysoký obsah uhlíka a veľký vnútorný povrch. Práve ten môže pomôcť pri zachytávaní plynov. Výsledná zmes tak spája dva rôzne materiály s vlastnosťami, ktoré sa pri tomto použití dopĺňajú. Autori štúdie preto vidia potenciál napríklad pri betónových dlažbách, kanalizačných potrubiach alebo cestných konštrukciách. Zmysel by mohla mať najmä v prostrediach s vyššou koncentráciou CO₂.
Pri podobných výsledkoch však treba zostať pri zemi. Štúdia ukázala zaujímavú vlastnosť konkrétnej betónovej zmesi v laboratórnych podmienkach. Neznamená to, že ak postavíš budovu z tohto materiálu, začne automaticky odstraňovať významné množstvo CO₂ z atmosféry.
Aj samotní autori uvádzajú potrebu ďalšieho výskumu. Treba preveriť dlhodobú životnosť materiálu, jeho schopnosť absorbovať CO₂ počas dlhšieho obdobia a správanie pri iných triedach betónu a malty. Výskumníci chcú tiež otestovať ďalšie druhy biouhlia a preveriť, či vlastnosti materiálu nezlepší vopred namočené biouhlie.
„Naša práca ukazuje dvojitý prínos. Nevytvárame iba pevnejší betón, ale meníme bežný stavebný materiál na nástroj, ktorý môže pomáhať pri zachytávaní oxidu uhličitého,“ uviedla vedúca autorského tímu Srinivasan Revathi.
Zaujímavá je aj skutočnosť, že výskum nevyžaduje úplne nový exotický materiál. Zeolit je dostupný minerál a bambusové biouhlie možno vyrobiť z biomasy. Výzvou však zostáva cena, výroba vo veľkom meradle, dostupnosť surovín a najmä to, či sa laboratórne výsledky zachovajú aj v skutočných stavbách.
Ak ďalšie experimenty potvrdia pevnosť, životnosť a schopnosť viazať CO₂ aj v dlhodobom používaní, kombinácia zeolitu a biouhlia môže dostať v stavebníctve svoje miesto.
