Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) нашли способ создания биоцемента из отходов, что делает альтернативу обычному цементу еще более экологичной.
Биоцемент — это возобновляемая форма цемента, в которой обычно используются бактерии для формирования реакции затвердевания, связывающей почву в твердый блок.
Ученым NTU удалось использовать два распространенных вида отходов, промышленный карбидный шлам и мочевину млекопитающих, для создания биоцемента.
Они разработали процесс, при котором реакция мочевины с ионами кальция в промышленном карбидном шламе приводит к образованию твердого вещества. Когда эта реакция происходит в почве, осадок связывает частицы почвы вместе и заполняет промежутки между ними. В результате получается прочный и менее проницаемый блок биоцемента.
Его также можно использовать в качестве биозатирки для герметизации трещин в камне для предотвращения просачивания и даже для подкрашивания и ремонта памятников.
«Биоцемент является устойчивой и возобновляемой альтернативой традиционному цементу и имеет большой потенциал для использования в строительных проектах», — сказал профессор Чу, который является директором Центра городских решений NTU. «Наше исследование делает биоцемент еще более устойчивым за счет использования в качестве сырья двух типов отходов. В долгосрочной перспективе это не только удешевит производство биоцемента, но и снизит затраты на утилизацию отходов».
Процесс производства биоцемента требует меньше энергии и генерирует меньше выбросов углерода по сравнению с традиционными методами производства цемента. Биоцемент команды NTU создается из двух типов отходов: промышленного карбидного шлама — отходов производства газообразного ацетилена, поступающего с сингапурских заводов, — и мочевины.
Изначально команда обрабатывает карбидный шлам кислотой для получения растворимого кальция. Затем к растворимому кальцию добавляют мочевину для образования цементирующего раствора. Затем команда добавляет бактериальную культуру в этот цементирующий раствор, бактерии из культуры расщепляют мочевину в растворе с образованием ионов карбоната.
Эти ионы реагируют с растворимыми ионами кальция в процессе, называемом микробно-индуцированным осаждением кальцита (MICP). В результате этой реакции образуется карбонат кальция — твердый материал, который естественным образом содержится в меле, известняке и мраморе.
Когда эта реакция происходит в почве или песке, образующийся в результате карбонат кальция связывает частицы почвы или песка вместе, увеличивая их прочность, и заполняет поры между ними, чтобы уменьшить просачивание воды через материал. Тот же процесс можно использовать и на стыках скал, что позволяет ремонтировать наскальные рисунки и статуи.
Грунт, армированный биоцементом, имеет прочность на сжатие до 1,7 МПа, что выше, чем у такого же грунта, обработанного эквивалентным количеством цемента. Это делает биоцемент команды пригодным для использования в проектах по улучшению почвы, таких как укрепление грунта или уменьшение просачивания воды для использования в строительстве или земляных работах, или для борьбы с эрозией пляжей вдоль береговой линии.
