Бетон — буквально фундамент современного мира, и почти в каждом строительном проекте он используется в той или иной форме. Но производство цемента, его ключевого компонента, наносит огромный вред окружающей среде: обжиг известняка остается одним из крупнейших источников выбросов углекислого газа. Исследователи под руководством инженера-строителя Рагувеша Тивари из Университета Манипал в Джайпуре предложили неожиданное решение — добавлять в бетон биоуголь из фекальных осадков, переработанных на очистных сооружениях.
Биоуголь — богатый углеродом материал, получаемый путем нагревания органики в среде с низким содержанием кислорода. Человек производит около 400 граммов экскрементов в день, и все эти тонны отходов должны куда-то деваться. Исследователи получили биоуголь из фекального ила на очистных сооружениях в Варангале: высушили, нагрели при температуре от 350 до 450 °C, затем измельчили в порошок.
Этот порошок добавили в бетон, заменив им 5, 10 и 15% цемента. Благодаря добавке биоугля из переработанных отходов бетон «значительно улучшает свои свойства». При пятипроцентной замене он стал прочнее на сжатие в среднем на 20%, а на изгиб — на 36% после 91 дня выдержки. При 10-процентной замене показатели были еще выше: 21% на сжатие и 42% на изгиб. При 5% бетон также поглощал меньше воды, имел меньшую пористость и более низкую усадку. Но при 15% структура начала разрушаться — появились поры и трещины.
Прочность объясняется несколькими факторами. Биоуголь обладает высокой пористостью: его частицы работают как внутренние резервуары, впитывая воду и постепенно отдавая ее для реакций, укрепляющих цемент. Кроме того, биоуголь богат кремнеземом, который вступает в реакцию с соединениями, образующимися при твердении цемента, и формирует дополнительные силикаты кальция — по сути, это тот же пуццолановый механизм, что использовался в древнеримском бетоне, только вместо вулканического материала — переработанные человеческие отходы.
До реального применения предстоит оценить поведение материала в условиях замерзания и оттаивания, воздействия соленой воды и экстремальных температур. Еще одна проблема — накопление тяжелых металлов в сточных осадках: неизвестно, надежно ли они будут изолированы и не начнут ли вымываться. Тем не менее замена даже части цемента материалом из отходов, которые люди производят в неисчерпаемых количествах, потенциально решает сразу две экологические проблемы.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в России нашли «рецепт» прочного и экологичного аналога бетона.