Denne Behind the Scenes-artikkelen ble gitt til LiveScience i samarbeid med National Science Foundation.
Hvis du vil tilberede litt miljøvennlig sement, bare bland to kopper granulert hagekalkstein, en kopp malt granulert masovnsslagg og tre spiseskjeer brus (f.eks. Natriumkarbonat). Det som er resultatet er et sterkt, bærekraftig og økonomisk alternativ til vanlig Portland sement (OPC), bransjeledende på sement. Forskere i Michel Barsoum-gruppen ved Drexel University har tilberedt denne tilsynelatende nye teknologien de siste årene, men dens opprinnelse går mye lenger tilbake enn man kanskje skjønner.
Til de store pyramidene i Egypt, faktisk. Barsoums gruppe hadde forsket som så ut til å bevise at noen av steinene i pyramidene ble støpt ved å bruke en tidlig form for sement, i stedet for å hugge ut av kalkstein. Hvis noen av materialene som ble brukt til å bygge pyramidene virkelig var støpt, og har vart i 4500 år, hvorfor ikke bruke dem i dagens byggematerialer, lurte han på?
"OPC er ansvarlig for 5 til 8 prosent av verdens COand forbruker en enorm mengde energi," sier Alex Moseson, en kollega som nå tar ledelsen for å bringe Barsoum sitt alternativ til markedet.
Greenstone sement ingredienser
Forskjellen mellom den Drexel-skapte “Greenstone” -sementen, som den heter, og vanlig Portland-sement ligger i ingrediensene og metodene som brukes. Greenstone er en alkali-aktivert sement (AAC) som ikke krever oppvarming når den lages. Snarere er AAC avhengig av resirkulerte ingredienser som er lett tilgjengelige - for det meste industriavfall som allerede er oppvarmet. Disse inkluderer flyveaske, skorsteins sot fanget fra kullkraftverk og slagg, som er et biprodukt av prosessen som gjør jernmalm til jern.
Som et resultat er Greenstones miljøpåvirkningsprofil dramatisk annerledes enn OPCs, og viser 97 prosent mindre energiforbruk og også produsert CO2. I tillegg gir den tilgjengelige råvaren kostnadene for produksjonen fra $ 75 per tonn til omtrent $ 50 per ton. Med forventet karbonkreditt gir Greenstone ytterligere $ 5- $ 20 per tonn.
Men hvordan kan det sammenlignes med OPC i ytelse? "Resultatene og litteraturen vår bekrefter at den klarer seg like bra eller bedre enn OPC," sier Barsoum. Gruppen er i nærheten av å se sementpassindustriens tester som setter mål for styrke, innstilt tid og volumetrisk stabilitet.
Like viktig, sier Moseson, "vi har alltid jobbet mot sement som fungerer i den virkelige verden, ikke bare laboratoriet. Det betyr hyllestabilitet, bearbeidbarhet, herding i romtemperatur, enkel transport og mer. ”
Moseson forfulgte slik anvendelse fra den virkelige verden mens han var på IIT Bombay i Mumbai, og forsket på avhandlingen. Han jobbet med lokale forskere for å utvikle en AAC som oppfylte standardene satt i India for sement og undersøkte hvordan Greenstone-produksjonen kan styrke mennesker som lever i slumområder. I dag er tre produkter laget av lokale materialer, ved bruk av lokale verktøy og arbeidskraft, til vurdering av en stor sementprodusent der.
Gruppen har tatt Greenstone og dannet et selskap, Greenstone Technologies, Inc. De begynte å publisere vitenskapelige resultater om funnene i 2009 og en publikasjon i november 2011 i Sement- og betongkompositter diskuterte Drexel green sementets praktiske potensial. Forskerne snakker for tiden med investorer og mulige partnere. Er det hindringer for å sette Drexelsement ut på markedet med kravet om fordeler med reduserte kostnader, redusert forurensning og forbedret ytelse? "Utfordringene for å få dette ut i markedet inkluderer variasjonen mellom råstoff ... og tiden det tar å validere et nytt materiale," sier Moses. "Mens forskningen vår lar oss kompensere for variasjon, vil det hjelpe hvis prosessorer tenker på flyveaske og slagg som co-produkter i stedet for biprodukter for å hjelpe til med å standardisere disse materialene for bruk i sementen.
”Vi må også overvinne kraftige markedskrefter. OPC er et globalt marked på 300 milliarder dollar og det er vanskelig å overbevise byggherrer og bransjer om å bruke noe annet. Å overbevise folk om at sementen vår vil vare så lenge som OPC når den er nyere, er også en utfordring. ” I tillegg er deres produkt ikke patenterbart på grunn av mye kjent teknikk - eller forkunnskaper relatert til teknologien - fra så tidlig som på 1950-tallet, noe som noen ganger er en avskrekkende faktor for investorer. Til tross for disse hindringene øker interessen for arbeidet deres.
Interessant er at AAC ikke er helt splitter nytt. På 1950- og 1960-tallet ble en form for AAC vellykket brukt i noen bygninger i det tidligere Sovjetunionen. I tillegg til de store pyramidene i Egypt, kom mye av inspirasjonen for denne forskningen fra det gamle Roma. "Alt som romerne bygde var laget av lignende ingredienser," sier Moses. "Selv om vi ikke vil vite i 2000 år om våre har levetiden til romerske bygninger, gir det oss en idé om oppholdskraften til disse tingene."
Redaktørens merknad: Forskerne som er avbildet i Behind the Scenes, er artikler støttet av National Science Foundation, det føderale byrået som har ansvar for å finansiere grunnleggende forskning og utdanning på tvers av alle felt innen vitenskap og ingeniørfag. Eventuelle meninger, funn og konklusjoner eller anbefalinger uttrykt i dette materialet er forfatterens synspunkter og gjenspeiler ikke nødvendigvis synspunktene fra National Science Foundation. Se Bak kulissearkivet.
