Å erstatte bare en av hovedingrediensene til betong med vulkansk stein kan redusere karbonutslipp fra produksjon av materialet med nesten to tredjedeler, ifølge en ny studie.
Betong har gitt oss Pantheon i Roma, Sydney Opera House, Hoover Dam og utallige blokkerte monolitter. De kunstige steinteppene i byene og veiene våre, ligger til grunn for vindparker og solcellepanelarrangementer - og vil bli helt av tonn i infrastrukturprosjekter støttet av COVID-utvinningsinvesteringer i USA og utlandet.
Det koster imidlertid bratte anstrengelser for å bekjempe klimaendringer, fordi sement- bindingselementet som er blandet med sand, grus og vann for å lage betong - er blant de største industrielle bidragsyterne til global oppvarming.
"Betong er allestedsnærværende fordi det er et av de rimeligste byggematerialene, det er lett å manipulere og kan støpes i omtrent hvilken som helst form," sier Tiziana Vanorio, lektor i geofysikk ved Stanford University.
Men sementproduksjon frigjør så mye som 8% av de årlige karbondioksidutslippene knyttet til menneskelig aktivitet, og etterspørselen forventes å øke de neste tiårene, ettersom urbanisering og økonomisk utvikling driver bygging av nye bygninger og infrastruktur.
"Hvis vi skal trekke ned karbonutslipp til nivåene som er nødvendige for å avverge katastrofale klimaendringer, må vi endre måten vi lager sement på," sier Vanorio.
Korallrev, hummerskjell og mantis reker
Betong er CO2 problemet starter med kalkstein, en stein laget hovedsakelig av kalsiumkarbonat. For å lage Portland-sement - den deigfulle hovedingrediensen i moderne betong - blir kalkstein utvunnet, knust og bakt ved høy varme med leire og små mengder andre materialer i gigantiske ovner. Generering av denne varmen innebærer vanligvis forbrenning av kull eller andre fossile brensler, og står for mer enn en tredjedel av karbonutslippene knyttet til betong.
Varmen utløser en kjemisk reaksjon som gir grå klumper i marmor, kjent som klinker, som deretter blir malt i det fine pulveret vi kjenner igjen som sement. Reaksjonen frigjør også karbon som ellers kan forbli låst i kalkstein i hundrevis av millioner av år. Dette trinnet bidrar med det meste av gjenværende CO2 utslipp fra betongproduksjon.
Vanorio og kolleger prototyperer nå sement som eliminerer CO2-belking kjemisk reaksjon ved å lage klinker med en vulkansk rock som inneholder alle nødvendige byggesteiner, men ingen av karbonet.
Som det mest brukte byggematerialet på planeten har betong lenge vært et mål for gjenoppfinnelse. Forskere og selskaper har funnet inspirasjon til nye oppskrifter i korallrev, hummerskjell og de hammerlignende klubbene til mantis reker. Andre erstatter delvis klinker med industriavfall som flyveaske fra kullanlegg eller injiserer fanget karbondioksid i blandingen som en måte å krympe betongens klimapåvirkning.
President Joe Biden har bedt om å utvide karbonfangst og bruk av hydrogenbrensel i sementproduksjon for å bidra til å halvere amerikanske klimagassutslipp fra 2005-nivåer innen 2030.
Hopp over kalksteinen
Vanorio foreslår å fjerne kalkstein helt og i stedet starte med en stein som kan brytes i mange vulkanske regioner rundt om i verden. "Vi kan ta denne steinen, male den og deretter varme den opp for å produsere klinker ved å bruke det samme utstyret og infrastrukturen som brukes til å lage klinker av kalkstein," sier hun.
Varmt vann blandet med denne kullfattige klinkeren forvandler den ikke bare til sement, men fremmer også veksten av lange, sammenflettede kjeder av molekyler som ser ut som sammenfiltrede fibre sett under et mikroskop. Lignende strukturer finnes i bergarter som er naturlig sementert i hydrotermiske omgivelser - steder der skoldende varmt vann sirkulerer rett under bakken - og i romerske havner i betong, som har overlevd 2,000 års angrep fra etsende saltvann og knusende bølger der moderne betong vanligvis ville smuldre i løpet av flere tiår.
I likhet med armeringsjernet som ofte brukes i moderne betongkonstruksjoner for å forhindre sprekker, bekjemper disse små mineralfibrene materialets vanlige sprøhet.
“Betong liker ikke å bli strukket. Uten noen form for forsterkning vil den gå i stykker før den bøyes under stress, ”sier Vanorio, seniorforfatter av nylige artikler om mikrostrukturer i romersk marin betong og om rollen som bergfysikk i overgangen til en fremtid med lite karbon. Mest betong er nå forsterket i stor skala med stål.
"Vår idé er å forsterke den i nanoskala ved å lære hvordan fibrøse mikrostrukturer effektivt forsterker bergarter og de naturlige forholdene som produserer dem," sier hun.
Leksjoner i helbredelse og motstandskraft
Prosessen Vanorio ser for seg å transformere vulkansk rock i betong ligner måten bergarter sement i hydrotermiske miljøer. Ofte funnet rundt vulkaner og over aktive tektoniske plategrenser, tillater hydrotermiske forhold bergarter å reagere raskt og rekombineres ved temperaturer som ikke er varmere enn en hjemmeovn, og bruker vann som et kraftig løsemiddel.
Som å helbrede hud, sementerer sprekker og feil i jordens ytterste lag sammen over tid gjennom reaksjoner blant mineraler og varmt vann. "Naturen har vært en stor inspirasjonskilde for innovative materialer som etterligner biologisk liv," sier Vanorio. "Vi kan også hente inspirasjon fra jordprosesser som muliggjør helbredelse og skader motstandskraft."
Fra murstein og smidd metall til glass og plast har folk lenge laget materialer med de samme kreftene som driver jordens bergsyklus: varme, trykk og vann. Mange arkeologiske og mineralogiske studier indikerer at gamle romere kan ha lært å utnytte vulkansk aske for den tidligste kjente betongoppskriften ved å se den stivne når den blandes naturlig med vann.
"I dag har vi muligheten til å observere sementering med objektivet fra det 21. århundre teknologi og kunnskap om miljøpåvirkninger," sier Vanorio.
Vanorio samarbeidet med materialvitenskap og ingeniørprofessor Alberto Salleo for å gå utover å imitere geologi for å manipulere prosessene for spesifikke resultater og mekaniske egenskaper ved bruk av nanoskala. "Det blir mer og mer tydelig at sement kan konstrueres i nanoskala og bør studeres i den skalaen også," sier Salleo.
Omfavne betongfeil
Mange av sementets egenskaper er avhengige av små defekter og på styrken av båndene mellom de forskjellige komponentene, sier Salleo. De små fibrene som vokser og flettes sammen under sementering av pulveriserte bergarter, virker som å stramme tau, og gir styrke. "Vi liker å si at materialer er som mennesker: det er manglene i dem som gjør dem interessante," sier han.
I 2019 fikk en varig nysgjerrighet til den gamle betongen han hadde sett blant ruinene som barn som vokste opp i Roma, Salleo om å nå ut til Vanorio, hvis egen reise inn i bergfysikk begynte etter å ha opplevd dynamikken i jordskorpen i barndommen i en napolitansk familie. havneby i sentrum av en kaldera der romersk betong først ble konstruert.
Siden da har Salleo kommet til å se arbeidet med en lav-karbon-klinker inspirert av geologiske prosesser som en logisk passform med gruppens prosjekter knyttet til bærekraft, for eksempel billige solceller basert på plastmaterialer og elektrokjemiske enheter for energilagring.
"Å tenke på en lav-karbon-klinker er en annen måte å redusere mengden CO2 vi sender ut i atmosfæren," sier han. Men det er bare begynnelsen. “Jorden er et gigantisk laboratorium der materialer blandes ved høye temperaturer og høyt trykk. Hvem vet hvor mange andre interessante og til slutt nyttige strukturer som er der ute? "
kilde: Stanford University
Relaterte bøker
Drawdown: Den mest omfattende planen som noen gang har foreslått å reversere global oppvarming
av Paul Hawken og Tom Steyer
I møte med utbredt frykt og apati har en internasjonal koalisjon av forskere, fagfolk og forskere kommet sammen for å tilby et sett av realistiske og dristige løsninger på klimaendringer. Et hundre teknikker og praksis er beskrevet her-noen er velkjente; noe du kanskje aldri har hørt om. De spenner fra ren energi til å utdanne jenter i lavinntektsland til landbrukspraksis som trekker karbon ut av luften. Løsningene eksisterer, er økonomisk levedyktige, og samfunn over hele verden for tiden anvender dem med dyktighet og besluttsomhet. Tilgjengelig på Amazon
Utforming av klimaproblemer: En retningslinje for lavkol Energi
av Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Med effekten av klimaendringene som allerede er over oss, er behovet for å kutte globale klimagassutslipp intet mindre enn presserende. Det er en skremmende utfordring, men teknologiene og strategiene for å møte den eksisterer i dag. Et lite sett med energipolitikk, designet og implementert godt, kan sette oss på veien mot en fremtid med lite karbon. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken må være fokusert og kostnadseffektiv. En-størrelse-passer-alle-tilnærminger vil ganske enkelt ikke få jobben gjort. Politiske beslutningstakere trenger en klar, omfattende ressurs som skisserer energipolitikken som vil ha størst innvirkning på klimafremtiden vår, og beskriver hvordan vi kan utforme disse retningslinjene. Tilgjengelig på Amazon
Dette forandrer alt: kapitalisme vs klimaet
av Naomi Klein
In Dette endrer alt Naomi Klein hevder at klimaendringer ikke bare er et annet problem, som skal skjenkes nøye mellom skatt og helsevesen. Det er en alarm som kaller oss for å fikse et økonomisk system som allerede mangler oss på mange måter. Klein bygger omhyggelig saken for hvor massivt å redusere utslippene av drivhusgasser er vår beste mulighet til samtidig å redusere ulikheter i ulikhet, omdefinere våre ødelagte demokratier og gjenoppbygge våre slanke lokale økonomier. Hun avslører den ideologiske desperasjonen til klimaendringene, de rasjonelle vrangforestillinger fra de vilde geoengineers og den tragiske nederlaget av for mange grønne grenser. Og hun demonstrerer nettopp hvorfor markedet ikke har - og ikke kan løse klimakrisen, men vil i stedet gjøre ting verre, med stadig mer ekstreme og økologisk skadelige utvinningsmetoder, ledsaget av voldsomme katastrofkapitalisme. Tilgjengelig på Amazon
Fra Utgiver:
Innkjøp på Amazon går for å dekke kostnadene ved å bringe deg InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uten kostnad og uten annonsører som sporer surfevaner. Selv om du klikker på en kobling, men ikke kjøper disse utvalgte produktene, betaler alt annet du kjøper i samme besøk på Amazon oss en liten provisjon. Det er ingen ekstra kostnader for deg, så vær så snill å bidra til innsatsen. Du kan også bruk denne lenken å bruke til Amazon når som helst slik at du kan bidra til å støtte vår innsats.
Denne artikkelen opprinnelig dukket opp på Futurity
