6 új innovatív anyag a beton túlméretezett szén-dioxid-kibocsátásának csökkentése céljából

Miután a Seratech szén-dioxid-semleges cementje elnyerte a 2022-es Obel-díjat, a Dezeen magazin összegyűjtött hat olyan módszert, amellyel a kutatók a beton – a világ legszennyezőbb építőanyagának – szén-dioxid-mentesítésén dolgoznak. Jelenleg a beton fő összetevője, a cement felelős a globális kibocsátás mintegy nyolc százalékáért, ami az olaj, a gáz és a szén kivételével minden más anyagot felülmúl.

Mivel azonban a világ – és a Global Cement and Concrete Association (GCCA) – versenyfutást folytat azért, hogy 2050-re elérje a nettó nulla kibocsátást, és ezzel elkerülje az éghajlatváltozás legrosszabb hatásait, egyre több anyaginnováció jelenik meg a beton szén-dioxid-kibocsátásának csökkentése érdekében. Ezek többnyire a cement alacsony szén-dioxid-kibocsátású helyettesítőinek megtalálására összpontosítanak, az algákban termesztett mészkőtől kezdve az olivinig – egy olyan bőséges ásványi anyag, amely képes elnyelni a saját tömegében keletkező szén-dioxidot.

A Cambridge-i Egyetem mérnökprofesszora, Julian Allwood szerint azonban jelenleg egyik alternatíva sem áll rendelkezésre a szükséges mértékben ahhoz, hogy az évszázad közepére elérjük a nettó nulla kibocsátást:

“Annak ellenére, hogy a cement terén hatalmas mennyiségű újítást hoznak nyilvánosságra, nincs olyan helyettesítő anyag, amely a portlandcementhez hasonló teljesítményjellemzőkkel és méretarányokkal rendelkezne” – mondta Allwood az épített környezet csúcstalálkozóján tartott beszédében.

Annak érdekében, hogy az építőipar időt nyerjen az életképes alternatívák elterjedéséhez, más kutatók az épületek megtestesült szénlábnyomának csökkentését vizsgálják olyan okos építési technikák kifejlesztésével, amelyek csökkentik az építésükhöz szükséges beton mennyiségét. Az alábbiakban a két megközelítés hat leginnovatívabb projektjét gyűjtöttük össze:

Seratech by Sam Draper és Barney Shanks

A Seratech nevű londoni start-up cég kifejlesztett egy olyan módszert a szén-dioxid-semleges beton előállítására, amelynek során a cementtartalom akár 40 százalékát egy olyan szilícium-dioxid-típussal helyettesítik, amelyet az elkülönített ipari kibocsátásokból és a szén-dioxidot elnyelő olivin ásványból állítanak elő.

A fennmaradó cementhez kapcsolódó összes kibocsátást ellensúlyozza a szilícium-dioxid által megkötött CO2 – állítja a vállalat, ami az anyagot összességében szén-dioxid-semlegessé teszi.

A Seratech szerint a cementhelyettesítő anyag alacsony költségű és könnyen méretezhető, mivel zökkenőmentesen integrálható a meglévő gyártási folyamatokba, és mivel az olivin bőségesen rendelkezésre álló anyag – ellentétben más cementhelyettesítő anyagokkal, például az őrölt, granulált kohósalakkal (GGBS).

Biogén mészkő a Minus Materials által

A boulderi Coloradói Egyetem kutatói egy kísérletibb megközelítést alkalmazva megtalálták a módját annak, hogy cementet készítsenek olyan mészkőből, amelyet algák növesztettek fotoszintézis útján, nem pedig a földből bányászott mészkőből.

Amikor ezt a “biogén mészkövet” cementgyártás céljából elégetik, csak annyi szenet bocsát ki, amennyit a mikroalga a növekedése során a légkörből levont, ami a kutatók szerint szén-dioxid-semlegessé teszi a folyamatot.

Ha az őrölt mészkövet, amelyet általában töltőanyagként adnak a cementkeverékhez, szintén az algák által termesztett alternatívával helyettesítik, az anyag akár szén-dioxid-negatív is lehet, mivel az aggregátumban tárolt szén-dioxidot megkötik, ahelyett, hogy elégetnék.

Az amerikai energiaügyi minisztérium 3,2 millió dolláros (2,7 millió font) támogatásával a kutatók most azon dolgoznak, hogy növeljék gyártási lehetőségeiket, és egyúttal csökkentsék az anyag árát azzal, hogy a coccolithophores mikroalgát drágább termékek, például kozmetikumok, bioüzemanyagok és élelmiszerek előállítására is felhasználják.

Az ACORN beton boltíves padlóburkolata

Az ACORN projekt részeként a Bath, Cambridge és Dundee egyetemek kutatói olyan vékony héjú boltíves padlóburkolatot fejlesztettek ki, amely a hagyományos tömör padlólemezek helyettesítésére használható, miközben 75 százalékkal kevesebb betont használ fel ugyanolyan terheléshez.

Ez a csapat első teljes körű bemutatóprojektjében, amelyet a Cambridge-i Egyetem építőmérnöki tanszékén belül építettek, a szén-dioxid-kibocsátás becslések szerint 60 százalékos csökkenését eredményezte.

“Mivel a beton a víz után a világon a legtöbbet fogyasztott anyag […] a legegyszerűbb módja annak, hogy az építőipar megkezdje a nettó nulla felé vezető utat, ha kevesebb betont használ” – mondta Paul Shepherd, az ACORN vezető kutatója a Bath Építészeti és Építőmérnöki Tanszékéről. Az automatizált gyártási rendszer és egy hattengelyes robot segítségével készült padlóburkolat ráadásul teljesen megerősítés nélkül működik, így nincs szükség a kibocsátást igénylő acél betonacélra.

Carbicrete a McGill Egyetem által

A montreali székhelyű Carbicrete azon vállalatok közé tartozik, amelyek az acéliparban keletkező salakhulladékot használják fel, hogy teljesen kiküszöböljék a cement szükségességét a betongyártás során. A hagyományos betongyártás során használt víz helyett ezt a cementpótló anyagot a gyárak füstgázaiból származó CO2-vel kötik meg, amelyet az anyagban megkötnek, így az szén-dioxid-semlegessé válik.

Ez az eljárás azonban egyelőre csak előregyártott panelek és beton falazóelemek előállítására használható. Az évente előállított acélsalak korlátozott mennyisége miatt pedig – körülbelül 250 millió tonna, szemben a négymilliárd tonna cementtel – a Carbicrete csak a kereslet töredékét tudná kielégíteni.

Sea Stone by Newtab-22

Kisebb léptékben a Newtab-22 londoni tervezőstúdió egy betonszerű anyagot fejlesztett ki, amelyet az élelmiszeriparban keletkező hulladék tengeri kagylók felhasználásával állítanak elő, amelyeket őrölnek és természetes kötőanyagok – például agar – szabadalmaztatott keverékével kombinálnak.

A Sea Stone nevű, az így kapott anyag feltűnően hasonlít a valódi betonra, mivel a benne lévő osztriga- és kagylóhéjak kalcium-karbonátból, más néven mészkőből – a cement egyik legfontosabb összetevőjéből – készülnek. Mivel azonban az anyagot nem égetik ki, nem rendelkezik a valódi beton szilárdságával és tartósságával, és nem szerkezeti alkalmazásokra korlátozódik, beleértve az olyan felületeket, mint az asztallapok és csempék, valamint a talapzatok és vázák.

FoamWork az ETH Zürich által

A kevesebb beton felhasználásának másik technikája az ETH Zürich kutatóitól származik, akik 3D-nyomtatott zsaluelemekből álló rendszert fejlesztettek ki. Ezek újrahasznosítható ásványi habból készültek, és az előregyártott betonelemek készítéséhez használt formákba helyezhetők, így a födémben üreges cellák mintázata jön létre.

A zsaluzat olyan belső geometriát hoz létre, amelyet úgy optimalizáltak, hogy a panelt a fő feszültségvonalak mentén megerősítse, és a falaktól a teljes tetőkig mindenhez szükséges szilárdságot biztosít, miközben drasztikusan csökkenti a folyamat során szükséges beton mennyiségét.

Ezáltal könnyebb és 70 százalékkal kevesebb anyagot felhasználó panelek jönnek létre. Keményedés után pedig az ásványi hab a helyén maradhat szigetelésként, vagy végtelenül újrahasznosítható új zsaluelemek készítéséhez, ami az ETH Zürich szerint a folyamatot potenciálisan hulladékmentessé teszi.

Forrás: www.dezeen.com