Изобретение экологического цемента: исследователи из Университета Райса нашли способ сделать бетон более экологичным, используя очищенную форму угольной золы. Производство цемента, который используется в бетоне, ответственно за значительное количество мировых выбросов углекислого газа. Чтобы сократить выбросы парниковых газов, команда под руководством химика Джеймса Тура использовала вспышечный нагрев по Джоулю для удаления токсичных тяжелых металлов из летучей золы. Использование очищенной угольной летучей золы в бетоне позволяет уменьшить количество необходимого цемента и улучшить качество бетона.
Согласно исследованию, проведенному в лаборатории, если 30% цемента, используемого для изготовления бетона, заменить очищенной угольной золой, это может повысить прочность и эластичность бетона на 51% и 28% соответственно. Исследование также показало, что такая замена снижает выбросы парниковых газов и тяжелых металлов на 30% и 41% соответственно. Статья об исследовании была опубликована в журнале Communications Engineering. Ведущий автор исследования, Бинг Денг, который является постдокторским научным сотрудником в лаборатории Тура, заявил, что сокращение выбросов при производстве цемента необходимо для борьбы с глобальными выбросами парниковых газов, и данное исследование способствует достижению этой цели.
По словам инженера Сатиша Нагараджая, снижение содержания цемента в бетоне может помочь уменьшить выбросы углекислого газа, поскольку производство цемента является значительным источником этих выбросов. Однако использование угольной летучей золы для снижения количества используемого бетона создает другую проблему, поскольку летучая зола содержит тяжелые металлы, которые могут просачиваться в окружающую среду и загрязнять ее. Ежегодно в мире образуется около 750 миллионов тонн угольной летучей золы.
Методы изобретения нового цемента
Для решения этой проблемы ученые из Университета Райса разработали безводный и быстрый процесс, основанный на мгновенном нагреве по Джоулю, который может устранить до 90% тяжелых металлов, присутствующих в угольной летучей золе, что делает ее пригодной для использования в инфраструктуре (цемента). Процесс включает в себя смешивание сажи с золой, чтобы сделать смесь проводящей, помещение ее между двумя электродами из меди или графита и подачу короткого импульса тока на образец с помощью конденсатора. В результате этого процесса образуются летучие потоки, улавливающие тяжелые металлы, испаряющиеся в воздух под воздействием высокой температуры около 3 000 градусов Цельсия (5 432 градуса по Фаренгейту).
Было установлено, что метод внезапного нагрева по Джоулю эффективно удаляет тяжелые металлы из угольной летучей золы с эффективностью удаления до 70%-90% всего за одну секунду. Этот метод может быть использован для различных составов угольной летучей золы из различных мест, а также для других опасных отходов, таких как красный шлам или остатки бокситов. Очищенная угольная летучая зола не только приносит пользу окружающей среде, но и повышает прочность и качество бетона. Замена 30% цемента очищенной угольной золой значительно увеличивает прочность на сжатие и модуль упругости композита. Этот процесс имеет потенциал для крупномасштабного обезвреживания твердых промышленных отходов. Исследование было проведено учеными из Университета Райса и дало многообещающие результаты.
Исследование, проведенное лабораторией Тура, может произвести революцию в строительной отрасли, создавая более прочные конструкции с меньшим количеством цемента. Этот прорывной метод собирает испарившиеся тяжелые металлы в вакуумной камере, предотвращая их выброс в окружающую среду. Энергопотребление во время процесса также относительно низкое, что делает его экономически эффективным. Команда подсчитала, что потребление энергии составляет примерно 532 киловатта на тонну, что при техасских ценах на электроэнергию обходится примерно в 21 доллар за тонну. Исследование показывает, что отработанные материалы также могут быть эффективно использованы при сокращении выбросов и предотвращении выщелачивания тяжелых металлов. В целом, эта инновация является значительным экологическим достижением с ценными преимуществами для инженеров-строителей.
А затем «Добавить на главный экран».