Denne Behind the Scenes-artikel blev leveret til LiveScience i partnerskab med National Science Foundation.
Hvis du vil tilberede noget miljøvenligt cement, skal du bare blande to kopper granuleret havekalksten, en kop formalet granuleret højovnsslagge og tre spiseskefulde soda (dvs. natriumcarbonat). Hvad der resulterer i er et stærkt, bæredygtigt og økonomisk alternativ til almindelig Portland cement (OPC), branchens førende inden for cement. Forskere i Michel Barsoums gruppe ved Drexel University har tilberedt denne tilsyneladende nye teknologi i de sidste flere år, men dens oprindelse går meget længere tilbage, end man måske er klar over.
Faktisk til de store pyramider i Egypten. Barsoums gruppe havde foretaget forskning, der så ud til at bevise, at nogle af stenene i pyramiderne blev støbt ved hjælp af en tidlig form for cement snarere end udskåret af kalksten. Hvis nogle af de materialer, der blev brugt til at opbygge pyramiderne, faktisk var støbt og har varet i 4.500 år, hvorfor så ikke bruge dem i nutidens byggematerialer, undrede han sig over?
”OPC er ansvarlig for 5 til 8 procent af verdens COand forbruger en enorm mængde energi,” siger Alex Moseson, en kollega, der nu tager føringen med at bringe Barsoum's alternativ til markedet.
Greenstone cementingredienser
Forskellen mellem den Drexel-oprettede “Greenstone” -cement, som den kaldes, og almindelig Portland-cement ligger i de anvendte ingredienser og metoder. Greenstone er en alkali-aktiveret cement (AAC), der ikke kræver opvarmning, når den laves. Tværtimod er AAC afhængig af genanvendte ingredienser, der er let tilgængelige - for det meste er industriaffaldsprodukter, der allerede er opvarmet. Disse inkluderer flyveaske, skorstens sot fanget fra kulfyrede kraftværker og slagge, som er et biprodukt af processen, der omdanner jernmalm til jern.
Som et resultat er Greenstones miljøpåvirkningsprofil dramatisk anderledes end OPC'er, og viser 97 procent mindre energi, der er forbrugt og også produceret CO2. Derudover medbringer den klare tilgængelighed af råvarer produktionsomkostningerne fra $ 75 pr. Ton til ca. $ 50 pr. Ton. Med forventede kulstofkreditter giver Greenstone en yderligere $ 5- $ 20 pr. Ton fordel.
Men hvordan kan det sammenlignes med OPC i præstationer? ”Vores resultater og litteratur bekræfter, at det klarer sig så godt eller bedre end OPC,” siger Barsoum. Gruppen er tæt på at se cementpassindustrien-test, der sætter benchmarks for styrke, indstillet tid og volumetrisk stabilitet.
Som vigtigst, siger Moseson, ”Vi har altid arbejdet på cement, der fungerer i den virkelige verden, ikke kun laboratoriet. Det betyder hyldestabilitet, bearbejdelighed, hærdning ved stuetemperatur, nem transport og mere. ”
Moseson forfulgte sådan anvendelse i den virkelige verden, mens han var i IIT Bombay i Mumbai og forskede for sin afhandling. Han arbejdede sammen med lokale forskere for at udvikle en AAC, der opfyldte standarderne i Indien for cement og undersøgte, hvordan Greenstone-produktion kunne styrke mennesker, der lever i slumområder. I dag er tre produkter fremstillet af lokale materialer, der bruger lokale værktøjer og arbejdskraft, i øjeblikket til behandling af en stor cementproducent der.
Gruppen har taget Greenstone og dannet et selskab, Greenstone Technologies, Inc. De begyndte at offentliggøre videnskabelige resultater om deres fund i 2009 og en publikation i november 2011 i Cement- og betonkompositter drøftede Drexel-grøn cement's praktiske potentiale. Forskerne taler i øjeblikket med investorer og mulige partnere. Med kravet om fordele ved reducerede omkostninger, reduceret forurening og forbedret ydelse, er der hindringer for at markedsføre Drexel-cementen på markedet? ”Udfordringerne med at komme dette ud på markedet inkluderer variationen mellem råmaterialer… og den tid det tager at validere et nyt materiale,” siger Moses. ”Selvom vores forskning tillader os at kompensere for variation, ville det hjælpe, hvis forarbejdningsvirksomheder tænker på flyveaske og slagge som co-produkter i stedet for biprodukter til at hjælpe med at standardisere disse materialer til brug i cementen.
”Vi er også nødt til at overvinde magtfulde markedskræfter. OPC er et verdensmarked på 300 milliarder dollars og det er vanskeligt at overbevise bygherrer og industrier om at bruge noget andet. At overbevise folk om, at vores cement vil vare så længe som OPC, når det er nyere, er også en udfordring. ” Derudover kan deres produkt ikke patenteres på grund af en stor kendt teknik - eller forkendskab relateret til teknologien - fra allerede i 1950'erne, hvilket undertiden er en afskrækkende virkning for investorer. På trods af disse forhindringer øges interessen for deres arbejde.
Interessant nok er AAC ikke helt splinterny. I 1950'erne og 1960'erne blev en form for AAC med succes brugt i nogle bygninger i det tidligere Sovjetunionen. Ud over de store pyramider i Egypten kom meget af inspiration til denne forskning fra det gamle Rom. ”Alt, hvad romerne bygget, var lavet af lignende ingredienser,” siger Moses. ”Selvom vi ikke ved i 2000 år, om vores har romerske bygningers levetid, giver det os en idé om denne tings opholdskraft.”
Redaktørens note: Forskerne, der er afbildet i Behind the Scenes, er artikler blevet støttet af National Science Foundation, det føderale agentur, der har til opgave at finansiere grundlæggende forskning og uddannelse på tværs af alle områder af videnskab og teknik. Eventuelle udtalelser, konklusioner og konklusioner eller henstillinger, der kommer til udtryk i dette materiale, er forfatterens synspunkter og afspejler ikke nødvendigvis National Science Foundation's synspunkter. Se Bag scenenes arkiv.
