Вчені винайшли альтернативу бетону: він затвердіває за кілька годин (фото)

Матеріал на основі ферментів очищує повітря

Традиційне виробництво бетону є одним із головних джерел забруднення атмосфери, на яке припадає майже 8% світових викидів вуглекислого газу. Проте інженери з Вустерського політехнічного інституту (WPI) розробили революційну заміну — ензимний конструкційний матеріал. Цей біоматеріал не лише має від’ємний вуглецевий слід, але й твердне за кілька годин, а не тижнів.

Результати дослідження команди під керівництвом професора Німи Рахбара (Nima Rahbar) були опубліковані в науковому журналі Matter.

Принцип роботи — як фермент перетворює газ на камінь

В основі технології лежить використання ферменту карбоангідрази. У природі цей ензим допомагає очищувати кров від вуглекислого газу. У новому матеріалі він виступає каталізатором хімічної реакції: прискорює взаємодію води та CO2 з утворенням вугільної кислоти, яка, з’єднуючись із кальцієм, випадає в осад у вигляді твердих кристалів кальциту (карбонату кальцію).

Для створення міцної структури науковці використали метод капілярної суспензії: мінеральні частинки зв'язуються за допомогою спеціального вуглецевого "каркаса". Після термічного оброблення в м'яких умовах утворюється гідрофобна основа, яка стабілізує карбонат кальцію та скріплює піщинки з оптимальною пористістю. Отриманий трикомпонентний композит можна легко заливати у потрібні форми.

Вуглецева математика

Порівняння ESM зі звичайним бетоном демонструє колосальну різницю для екології:

• Традиційний бетон: виробництво одного кубічного метра супроводжується викидом близько 330 кг CO₂ в атмосферу та споживанням 1579 мегаджоулів енергії (переважно через необхідність випалювання клінкеру за надвисоких температур).
• Матеріал ESM: у процесі виготовлення одного кубічного метра навпаки поглинається (секвеструється) 6,1 кг CO₂.

За даними Всесвітнього економічного форуму, на будівельний сектор припадає 40% світового споживання енергії та 33% викидів парникових газів. Перехід навіть частини індустрії на ESM здатен кардинально змінити ситуацію.

Характеристики та переваги ESM

• Швидкість застигання: новий матеріал набирає міцність за лічені години, тоді як класичному бетону для повного висихання та затвердіння потрібно щонайменше 28 днів.
• Міцність: середня міцність ESM на стиск становить 25,8 МПа, що повністю задовольняє мінімальний поріг для конструкційного бетону.
• Стабільність у вологому середовищі: тести показали високу водостійкість матеріалу з мінімальним зниженням міцності в умовах високої вологості.
• Можливість ремонту та переробки: ESM підлягає повторній переробці. Ба більше, матеріал здатний "лікувати" власні пошкодження, що зменшує витрати на довгострокову експлуатацію та обсяги будівельного сміття на звалищах.

Де матеріал застосують насамперед

Завдяки швидкості виробництва, можливості регулювати міцність та низьким енерговитратам, ESM планують використовувати для:

• Покрівельних перекриттів та стінових панелей;
• Модульних елементів будівель;
• Доступного екологічного житла;
• Швидкого відновлення інфраструктури в зонах стихійного лиха чи руйнувань, де швидкість зведення конструкцій є критично важливою.

Поточні обмеження та майбутнє технології

Попри значний успіх, автори дослідження наголошують, що матеріал поки що перебуває на стадії лабораторних випробувань і ще не готовий до виходу на комерційний ринок будівельних матеріалів.

Раніше "Телеграф" писав, що у будівництві з'явилася екологічна та довговічніша альтернатива бетону.