Безвідходний процес: створено найміцніший бетон в історії — "цемент" для нього виробляють люди

Бетон, у буквальному сенсі, є фундаментом сучасного світу. Майже в будь-якому будівельному проєкті у світі цей матеріал використовується в тій чи іншій формі. Однак є проблема: виробництво одного з його основних компонентів — цементу — надзвичайно шкідливе для навколишнього середовища, пише Science Alert.

Справа в тому, що нагрівання та переробка вапняку для виробництва цементу є одним із головних джерел викидів вуглекислого газу у світі — тому вчені постійно шукають рішення цієї проблеми.

У недавньому дослідженні, проведеному під керівництвом інженера-будівельника Рагувешема Тіварі з Маніпальського університету в Джайпурі, вчені, схоже, знайшли геніальне рішення, яке вирішить не тільки проблему виробництва бетону, а й ще одну — утилізацію людських відходів. Завдяки додаванню біовугілля, отриманого з відходів людських екскрементів, що переробляються на очисних спорудах для фекальних відходів, новий бетон виявився на 42% міцнішим за існуючі види.

За словами вчених, бетон — надзвичайно корисний матеріал завдяки поєднанню цілої низки властивостей: у вологому стані він пластичний і може бути залитий майже в будь-яку форму; але він твердне, перетворюючись на матеріал, достатньо міцний, щоб витримувати величезні навантаження; він також надзвичайно довговічний і може прослужити десятиліття.

Як правило, бетон виготовляється з кількох компонентів у певних пропорціях:

• піску;
• гравію;
• води;
• цементу, що виробляється з вапняку.

На жаль, ця суміш інгредієнтів дуже примхлива — зміна пропорцій або заміна частини інгредієнтів може призвести до отримання бетону, який перестане бути таким міцним і довговічним. Такий бетон, ймовірно, також не підійде як будівельний матеріал, оскільки буквально розтріскається під тиском.

За словами вчених, одним із найперспективніших замінників цементу є біовугілля — матеріал із високим вмістом вуглецю, який отримують шляхом нагрівання органічних речовин у середовищі з низьким вмістом кисню. Гарна новина — біовугілля можна отримувати з багатьох видів органічних речовин.

Відомо, що люди виробляють величезну кількість органічних речовин — до 400 грамів фекалій щодня. З огляду на мільярди людей, які живуть на планеті, наші каналізаційні системи є надзвичайно ефективними для виробництва біовугілля.

В Індії було створено установки для очищення фекального осаду з метою безпечної утилізації людських відходів, які можна переробляти на біовугілля шляхом піролізу. Як наслідок, у новому дослідженні вчені припустили, що якщо тирса, деревину, рисове лушпиння та інші види, були створені установки з очищення фекального осаду для безпечної утилізації людських відходів, які можна переробляти на біовугілля шляхом піролізу, то, ймовірно, людські фекалії можна використовувати для виробництва біовугілля.

У ході дослідження вчені отримали вугілля з фекального осаду з очисної станції в Індії. Для отримання біовугілля фекальний осад висушують, а потім нагрівають у середовищі з низьким вмістом кисню при температурі від 350 до 450 градусів за Цельсієм. Далі біовугілля подрібнюють і просівають у дрібний порошок.

Далі вчені використали цей порошок для заміни різної кількості цементу — 5, 10 і 15 % — у звичайному бетоні. Потім цей фекальний бетон піддали серії випробувань. Результати показали, що невелика кількість фекалій, насправді, лише поліпшила бетон.

Дослідники виміряли усадку, міцність на стиск, міцність на згин, водопоглинання та пористість різних сумішей, і саме тут почалося найцікавіше. Загалом найміцніший бетон, як правило, отримували, коли 5% цементу замінювали біовугіллям із фекалій. Однак було щось ще цікавіше: бетон продовжував набирати міцність у міру затвердіння. Дослідники повідомляють, що через 91 день суміш із 5-відсотковим вмістом цементу показала середнє збільшення міцності на стиск на 20% та міцності на згин на 36%. При 10-відсотковій заміні цементу показники були ще вищими: 1% для міцності на стиск і аж 42% для міцності на вигин.

Втім, бетон із людських екскрементів, схоже, поступався за деякими іншими параметрами. При 5-відсотковому вмісті він, як правило, поглинав менше води та мав меншу пористість, ніж звичайний бетон, а також мав меншу усадку під час висихання. При 10-відсотковому вмісті його характеристики залишалися загалом порівнянними зі звичайним бетоном. Цікаво, що при 15-відсотковій заміні цементу бетон все ще ставав міцнішим у міру затвердіння, але його загальна міцність відставала від варіантів із 5 і 10%.

Чому людські фекалії роблять бетон міцнішим?

Дослідники вважають, що людські екскременти роблять бетон міцнішим з низки причин, зокрема:

• біовугілля з екскрементів має високу пористість — це перетворює частинки біовугілля на крихітні внутрішні резервуари, зберігаючи воду доступною для хімічних реакцій, які призводять до затвердіння та зміцнення цементу;
• біовугілля багате на кремнезем, який може вступати в реакцію зі сполуками, що утворюються в процесі твердіння цементу, утворюючи більше силікатів кальцію — це надає бетону міцності;
• дрібні частинки біовугілля можуть заповнювати зазори в бетоні та покращувати зчеплення його компонентів.

Інші новини науки

• Людство на порозі жахливих змін: пророцтво передбачає швидку появу надлюдей
• Біля Бермудського трикутника виявили затонуле місто: історія його будівництва оповита таємницею