Beton jest najbardziej rozpowszechnionym sztucznym materiałem na świecie – i jednym z najbardziej emisyjnych. Proces jego produkcji odpowiada za blisko 8 proc. globalnych emisji dwutlenku węgla, głównie z powodu energochłonnej produkcji cementu. Co gorsza, jego składnikiem jest piasek – zasób, którego wydobycie staje się coraz trudniejsze i bardziej destrukcyjne dla środowiska.
Czytaj też: Gazowany cement, czyli materiał przyszłości. Dzięki nowemu składnikowi rozwiążemy dwa różne problemy
W tym kontekście nowy materiał opracowany przez naukowców z Northwestern University jawi się jako przełom. Zamiast eksploatować naturę – wykorzystuje jej zasoby w sposób zrównoważony. A zamiast emitować CO2 – wiąże go na stałe. Szczegóły opisano w czasopiśmie Advanced Sustainable Systems.
Ten cement może odmienić branżę budowlaną i ocalić planetę
Rewolucyjny proces opiera się na biomineralizacji – tym samym zjawisku, które umożliwia tworzenie muszli przez koralowce czy małże. W warunkach laboratoryjnych naukowcy odtworzyli ten proces: do zbiornika z wodą morską wprowadzają dwie elektrody, które przepuszczają słaby prąd elektryczny. Woda zostaje rozbita na wodór i jony hydroksylowe. Następnie dodawany jest dwutlenek węgla – co zmienia skład chemiczny cieczy, prowadząc do powstawania jonów wodorowęglanowych.
Czytaj też: Pierwszy w historii tak czysty cement, który powstaje bez emisji CO2. Czy to bajka?
Te reagują z naturalnie występującymi w wodzie jonami wapnia i magnezu, tworząc cenne minerały – głównie węglan wapnia i wodorotlenek magnezu. Osadzają się one na elektrodach, tworząc białą, sypką substancję przypominającą piasek. Co najważniejsze – materiał ten wiąże węgiel na stałe, przekształcając gaz cieplarniany w trwałą formę mineralną.
Powstały materiał może być używany jako zamiennik piasku lub żwiru w betonie, ale również jako podstawa do produkcji tynku, farb czy płyt budowlanych. W zależności od potrzeb, jego właściwości – porowatość, skład chemiczny, kształt i wielkość cząstek – można dowolnie regulować, manipulując przepływem CO2, napięciem elektrycznym i czasem reakcji.
Nowy proces produkcji jest znacznie przyjaźniejszy środowisku niż konwencjonalne metody. Nie wymaga wydobycia piasku z rzek i oceanów, a jedynym gazowym produktem ubocznym jest wodór – który można wykorzystać jako czyste paliwo. Co więcej, wykorzystany CO2 może pochodzić z emisji istniejących zakładów cementowych. To oznacza, że proces nie tylko unika emisji, ale wręcz zamyka obieg węgla w gospodarce – zamieniając go w materiał budowlany.
Dr Alessandro Rotta Loria, autor badania, mówi:
Pokazaliśmy, że możemy całkowicie kontrolować właściwości tych materiałów – od składu chemicznego po porowatość. To daje ogromną elastyczność w dopasowaniu ich do różnych zastosowań w budownictwie. Możemy stworzyć system cyrkularny, w którym wychwytujemy CO2 u źródła – np. w cementowni – i przekształcamy go w materiał budowlany przy użyciu wody morskiej i czystej energii. Takie materiały mogłyby stać się rzeczywistymi magazynami węgla.
Nie tylko emisje CO2 są problemem. Wydobycie piasku na potrzeby budownictwa już teraz destabilizuje całe ekosystemy – od dna morskiego po koryta rzek. W wielu miejscach świata, m.in. w Indiach czy krajach Azji Południowo-Wschodniej, czarny rynek piasku prowadzi do degradacji środowiska i przemocy.
Zastąpienie piasku syntetycznym materiałem mogłoby nie tylko ograniczyć emisje, ale też złagodzić presję na naturalne krajobrazy. I – co istotne – nowe rozwiązanie wykorzystuje powszechnie dostępne surowce: wodę morską, dwutlenek węgla i elektryczność. Nie są to ani rzadkie, ani drogie składniki.
Choć materiał znajduje się jeszcze w fazie eksperymentalnej, jego twórcy są optymistami. Proces jest stosunkowo prosty, skalowalny i potencjalnie opłacalny – szczególnie jeśli będzie można go zintegrować z istniejącą infrastrukturą cementowni zlokalizowanych na wybrzeżach. Warto jednak pamiętać, że choć nowy materiał pomaga ograniczyć emisje na etapie kruszywa, to produkcja cementu wciąż generuje olbrzymie ilości CO2 – głównie w wyniku wypalania wapienia w temperaturze ponad 1400oC. To oznacza, że “zielony cement” będzie wymagał również zmian w innych ogniwach łańcucha produkcji.