Ученые изобрели альтернативу бетону: он затвердевает через несколько часов (фото)

Традиционное производство бетона является одним из главных источников загрязнения атмосферы, на которое приходится около 8% мировых выбросов углекислого газа. Однако инженеры из Вустерского политехнического института (WPI) разработали революционную замену – энзимный конструкционный материал. Этот биоматериал не только имеет отрицательный углеродный след, но и затвердевает через несколько часов, а не недель.

Результаты исследования команды под руководством профессора Нимы Рахбара (Nima Rahbar) были опубликованы в научном журнале Matter.

Принцип работы – как фермент превращает газ в камень

В основе технологии лежит использование фермента карбоангидразы. В природе этот энзим помогает очищать кровь от углекислого газа. В новом материале он выступает катализатором химической реакции: ускоряет взаимодействие воды и CO2 с образованием угольной кислоты, соединяясь с кальцием, выпадает в осадок в виде твердых кристаллов кальцита (карбоната кальция).

Для создания прочной структуры ученые использовали метод капиллярной суспензии: минеральные частицы связываются с помощью специального углеродного каркаса. После термической обработки в мягких условиях образуется гидрофобное основание, которое стабилизирует карбонат кальция и скрепляет песчинки с оптимальной пористостью. Полученный трехкомпонентный композит можно легко заливать в нужные формы.

Углеродная математика

Сравнение ESM с обычным бетоном демонстрирует колоссальную разницу для экологии:

• Традиционный бетон: производство одного кубического метра сопровождается выбросом около 330 кг CO₂ в атмосферу и потреблением 1579 мегаджоулов энергии (преимущественно из-за необходимости обжига клинкера при сверхвысоких температурах).
• Материал ESM: в процессе изготовления одного кубического метра наоборот поглощается (секвестрируется) 6,1 кг CO₂.

По данным Всемирного экономического форума, на строительный сектор приходится 40% потребления энергии и 33% выбросов парниковых газов. Переход даже части индустрии на ESM способен кардинально изменить ситуацию.

Характеристики и преимущества ESM

• Скорость застывания: новый материал набирает прочность в считанные часы, тогда как классическому бетону для полного высыхания и отверждения требуется не менее 28 дней.
• Прочность: средняя прочность ESM на сжатие составляет 25,8 МПа, что полностью удовлетворяет минимальному порогу для конструкционного бетона.
• Стабильность во влажной среде: тесты показали высокую водостойкость материала с минимальным понижением прочности в условиях высокой влажности.
• Возможность ремонта и переработки: ESM подлежит переработке. Более того, материал способен "лечить" собственные повреждения, что уменьшает затраты на долгосрочную эксплуатацию и объемы строительного мусора на свалках.

Где материал применят прежде всего

Благодаря скорости производства, возможности регулировать прочность и низким энергозатратам, ESM планируется использовать для:

• Кровельных перекрытий и стеновых панелей;
• Модульных элементов построек;
• Доступного экологичного жилья;
• Быстрое восстановление инфраструктуры в зонах стихийного бедствия или разрушений, где скорость возведения конструкций критически важна.

Текущие ограничения и будущее технологии

Несмотря на значительный успех, авторы исследования отмечают, что материал пока находится на стадии лабораторных испытаний и еще не готов к выходу на коммерческий рынок строительных материалов.

Ранее "Телеграф" писал, что в строительстве появилась экологическая и более долговечная альтернатива бетону.