תהליך חדש פשוט אוגר CO2 בבטון תוך שמירה על חוזק

בטון מוגז יכול לעזור להפחית את הפליטות הקשורות לייצור מלט.

על ידי שימוש בתמיסה מוגזת – במקום דוממת – על בסיס מים במהלך תהליך ייצור הבטון, צוות מהנדסים בראשות אוניברסיטת נורת'ווסטרן גילה דרך חדשה לאחסן פחמן דו חמצני (CO₂) בחומר הבנייה שנמצא בכל מקום.

לא רק שהתהליך החדש יכול לעזור לסילוק CO₂ מהאווירה המחממת תמיד, זה גם מביא לבטון עם חוזק ועמידות ללא פשרות.

בניסויי מעבדה, התהליך השיג CO₂ יעילות ספיגה של עד 45%, כלומר כמעט מחצית מה-CO₂ שהוזרק במהלך ייצור הבטון נתפס ואוחסן. החוקרים מקווים שהתהליך החדש שלהם יוכל לעזור לקזז את CO₂ פליטות מתעשיות המלט והבטון, האחראיות ל-8% מפליטת גזי החממה העולמית.

המחקר פורסם ב חומרי תקשורתכתב עת בהוצאת Nature Portfolio.

"תעשיות המלט והבטון תורמות באופן משמעותי ל-CO שנגרם על ידי אדם₂ פליטות", אמר אלסנדרו רוטה לוריה, אלסנדרו רוטה לוריה, שהוביל את המחקר. "אנחנו מנסים לפתח גישות שמפחיתות CO₂ פליטות הקשורות לתעשיות הללו, ובסופו של דבר, עלולות להפוך מלט ובטון ל"כיורי פחמן" מסיביים. אנחנו עדיין לא שם, אבל יש לנו עכשיו שיטה חדשה לעשות שימוש חוזר בחלק מה-CO₂ נפלט כתוצאה מייצור בטון באותו חומר זה. והפתרון שלנו כל כך פשוט מבחינה טכנולוגית שהוא אמור להיות קל יחסית לתעשייה ליישום".

"יותר מעניין, גישה זו להאצת והדגשת הגז של חומרים מבוססי צמנט מספקת הזדמנות להנדס מוצרים חדשים מבוססי קלינקר שבהם CO₂ הופך למרכיב מפתח", אמר מחבר המחקר Davide Zampini, סגן נשיא למחקר ופיתוח גלובלי ב-CEMEX.

רוטה לוריה היא פרופסור לואי ברגר להנדסה אזרחית וסביבתית בבית הספר להנדסה בצפון ווסטרן במקורמיק. המחקר היה שיתוף פעולה בין המעבדה של רוטה לוריה לבין CEMEX, חברת חומרי בניין גלובלית המוקדשת לבנייה בת קיימא.

מגבלות של תהליכים קודמים

חלק בלתי סחיר של תשתית, בטון הוא אחד החומרים הנצרכים ביותר בעולם – שני רק למים. להכנת בטון בצורתו הפשוטה, העובדים משלבים מים, אגרגטים עדינים (כמו חול), אגרגטים גסים (כמו חצץ), ומלט, שמחבר את כל המרכיבים יחד. מאז שנות ה-70, חוקרים קודמים בחנו דרכים שונות לאחסן CO₂ בתוך בטון.

"הרעיון הוא שמלט כבר מגיב עם CO₂", הסבירה רוטה לוריה. "לכן מבני בטון סופגים CO באופן טבעי₂. אבל, כמובן, CO שנקלט₂ הוא חלק קטן מה-CO₂ נפלט מייצור המלט הדרוש ליצירת בטון".

תהליכים לאחסון CO₂ מתחלקים לאחת משתי קטגוריות: גז בטון מוקשה או גז בטון טרי. בגישה המוקשה, קוביות בטון מוצקות ממוקמות לתוך חדרים שבהם CO₂ גז מוזרק בלחצים גבוהים. בגרסה הטרייה, עובדים מזריקים CO₂ גז לתוך תערובת המים, המלט והאגרגטים בזמן ייצור הבטון.

בשתי הגישות, חלק מה-CO שהוזרקו₂ מגיב עם המלט והופך לגבישי סידן פחמתי מוצקים. עם זאת, שתי הטכניקות חולקות מגבלות של שבירת עסקאות. הם מעכבים על ידי CO נמוך₂ יעילות לכידה וצריכת אנרגיה גבוהה. גרוע עוד יותר: הבטון המתקבל נחלש לעתים קרובות, מה שפוגע ביישום שלו.

כוח ללא פשרות

בגישה החדשה של Northwestern, החוקרים מינפו את תהליך גז הבטון הטרי. אבל, במקום להזריק CO₂ תוך כדי ערבוב כל המרכיבים יחד, הם הזריקו תחילה CO₂ גז למים מעורבב עם כמות קטנה של אבקת מלט. לאחר ערבוב התרחיף המוגז הזה עם שאר המלט והאגרגטים, הם השיגו בטון שלמעשה ספג CO₂ במהלך ייצורו.

"תרחיף המלט המוגז בגישה שלנו הוא נוזל בעל צמיגות נמוכה בהרבה בהשוואה לתערובת של מים, מלט ואגרגטים שנהוג להשתמש בגישות הנוכחיות לקרבונט בטון טרי", אמרה רוטה לוריה. "לכן, אנחנו יכולים לערבב את זה מהר מאוד ולמנף קינטיקה מהירה מאוד של התגובות הכימיות שמביאות למינרלים של סידן פחמתי. התוצאה היא מוצר בטון עם ריכוז משמעותי של מינרלים סידן פחמתי לעומת כאשר CO₂ מוזרק לתערובת הבטון הטרייה".

לאחר ניתוח הבטון המוגז שלהם, רוטה לוריה ועמיתיו גילו שהחוזק שלו מתחרה בעמידות של בטון רגיל.

"מגבלה אופיינית של גישות פחמימה היא שהחוזק מושפע לעתים קרובות מהתגובות הכימיות", אמר. "אבל בהתבסס על הניסויים שלנו, אנחנו מראים שהחוזק עשוי להיות אפילו גבוה יותר. אנחנו עדיין צריכים לבדוק את זה יותר, אבל, לכל הפחות, אנחנו יכולים לומר שזה ללא פשרות. מכיוון שהחוזק אינו משתנה, גם היישומים לא משתנים. זה יכול לשמש בקורות, לוחות, עמודים, יסודות – כל מה שאנחנו משתמשים בו כיום בבטון."

"הממצאים של מחקר זה מדגישים שלמרות שפחמימה של חומרים מבוססי צמנט היא תגובה ידועה, עדיין יש מקום לייעל עוד יותר את ה-CO₂ קליטה באמצעות הבנה טובה יותר של המנגנונים הקשורים לעיבוד חומרים", אמר זמפיני.

המחקר נתמך על ידי CEMEX Innovation Holding Ltd.