Bøjelig beton og andre kulstof-infunderede cementblandinger kan dramatisk reducere de globale emissioner

En af de store bidragydere til klimaændringer er lige under dine fødder, og transformation af det kunne være en effektiv løsning til at holde drivhusgasser ude af atmosfæren.

Fremstilling af cement, bindeelementet i beton, tegnede sig for 7 % af de samlede globale kuldioxidemissioner i 2018. Beton er en af ​​de mest brugte ressourcer på Jorden, med anslået 26 milliarder tons produceret årligt på verdensplan. Den produktion forventes ikke at bremse i mindst to årtier mere.

I betragtning af industriens omfang og dens drivhusgasemissioner, teknologier, der kan genopfinde beton, kan have dybtgående indvirkning på klimaændringer.

Som ingeniører, der arbejder med spørgsmål, der involverer infrastruktur og byggeri, vi har designet den næste generation af betonteknologi, der kan reducere infrastrukturens CO2-fodaftryk og øge holdbarheden. Det inkluderer CO ₂ -infunderet beton, der låser drivhusgassen og kan være stærkere og endda bøjelig.

Industrien er moden til dramatiske forandringer, især med Biden-administrationen, der lover at investere stort i infrastrukturprojekter og samtidig reducere de amerikanske emissioner. Imidlertid, at sætte CO ₂ at arbejde i beton i stor skala på en måde, der drastisk reducerer emissionerne, alle dets relaterede emissioner skal tages i betragtning.

Nytænkning af beton

Beton består af tilslagsmaterialer - primært sten og sand - sammen med cement og vand.

Fordi omkring 80 % af betonens CO2-fodaftryk kommer fra cement, forskere har arbejdet på at finde erstatningsmaterialer.

Industrielle biprodukter såsom jernslagge og kulflyveaske bruges nu hyppigt til at reducere den nødvendige mængde cement. Den resulterende beton kan have betydeligt lavere emissioner på grund af denne ændring. Alternative bindemidler, såsom kalkstensbrændt ler, kan også reducere cementforbruget. En undersøgelse viste, at brug af kalksten og brændt ler kunne reducere emissionerne med mindst 20%, samtidig med at produktionsomkostningerne reduceres.

Udover at udvikle blandede cementer, forskere og virksomheder fokuserer på måder at bruge opfanget CO på ₂ som ingrediens i selve betonen, låse det væk og forhindre det i at trænge ind i atmosfæren. CO ₂ kan tilsættes i form af aggregater - eller injiceres under blanding. Kulsyrehærdning, også kendt som CO ₂ hærdning, kan også bruges efter beton er blevet støbt.

Disse processer omdanner CO ₂ fra en gas til et mineral, skabe faste karbonater, der også kan forbedre betonens styrke. Det betyder, at strukturer muligvis har brug for mindre cement, at reducere mængden af ​​relaterede emissioner. Virksomheder som CarbonCure og Solidia har udviklet teknologier til at bruge disse processer til beton støbt på byggepladser og i præfabrikeret beton, såsom askeblokke og andre byggematerialer.

På University of Michigan, vi arbejder på kompositter, der producerer et bøjeligt betonmateriale, der tillader tyndere, mindre sprøde strukturer, der kræver mindre stålarmering, yderligere reduktion af relaterede kulstofemissioner. Materialet kan konstrueres til at maksimere mængden af ​​CO ₂ det kan lagre ved at bruge mindre partikler, der let reagerer med CO ₂ , gør det til mineralsk.

CO ₂ -baseret bøjelig beton kan bruges til almindelige bygninger, vand- og energiinfrastruktur, samt transportinfrastruktur. Bøjelig beton blev brugt i det 61 etager høje Kitahama-tårn i Osaka, Japan, og vejbroplader i Ypsilanti, Michigan.

Udfordringen med livscyklusemissioner

Disse banebrydende teknologier kan begynde at adressere betoninfrastrukturens CO2-fodaftryk, men barrierer eksisterer stadig.

I en undersøgelse offentliggjort 8. februar, tre af os så på livscyklus-emissionerne fra infusion af CO ₂ til konkret og fandt ud af, at estimater ikke altid tog højde for emissioner fra CO ₂ fange, transport og brug. Sammen med kolleger, vi kom med strategier til at sikre, at kulstofhærdning har en stærk emissionsfordel.

Samlet set, vi anbefaler at udvikle en standard CO ₂ hærdningsprotokol. Laboratorieforsøg viser, at CO ₂ hærdning kan forbedre betonens styrke og holdbarhed, men resultaterne varierer med specifikke hærdningsprocedurer og betonblandinger. Forskning kan forbedre betingelserne og timingen af ​​trin i hærdningsprocessen for at øge betonens ydeevne. Elforbrug - den største emissionskilde under hærdning - kan også reduceres ved at strømline processen og eventuelt ved at bruge spildvarme.

Avancerede betonblandinger, især bøjelig beton, allerede begyndt at løse disse problemer ved at øge holdbarheden.

Sammenlægning af infrastruktur og klimapolitik

I 2020, en lang række virksomheder annoncerede skridt til at reducere deres emissioner. Imidlertid, offentlige investerings- og indkøbspolitikker er stadig nødvendige for at transformere byggebranchen.

Lokale myndigheder tager de første skridt. Regler og projekter for "lavt indhold af kulstofbeton" for at reducere mængden af ​​cement i beton er dukket op rundt om i landet, herunder i Marin County, Californien; Hastings-on-Hudson, New York; og en fortovspilot i Portland, Oregon.

I New York og New Jersey, lovgivere har foreslået politikker på statsniveau, der vil give prisrabatter i udbudsprocessen til forslag med de laveste emissioner fra beton. Disse politikker kunne tjene som en plan for reduktion af kulstofemissioner fra betonproduktion og andre byggematerialer.

Nationalt, sammenbruddet af føderalt styret infrastruktur har været en støt voksende krise. Biden-administrationen kunne begynde at løse disse problemer, samt klimaændringer, og skabe arbejdspladser gennem et strategisk infrastrukturprogram.

Transportminister Pete Buttigieg erklærede for nylig, at der var "enorme muligheder for jobskabelse, lighed og klimapræstationer, når det kommer til at fremme Amerikas infrastruktur." Politikker, der løfter lavkulstofbeton til en landsdækkende klimaløsning, kunne følge.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.