Washington State University’de neredeyse normal beton kadar güçlü, karbon-negatif, çevre dostu bir beton için uygulanabilir bir formül geliştirildi. Kavram kanıtı çalışmasında araştırmacılar, normal çimentoyu, organik atıklardan yapılan bir tür odun kömürü olan çevre dostu biyokömür ile infüze etmiş ve daha önce beton atık suyu ile güçlendirmişlerdir.
Biyokömür, ağırlığının %23’ü kadar karbondioksiti havadan emebilmiş ve buna rağmen normal çimento ile karşılaştırılabilir bir mukavemete ulaşmıştır. Araştırma, tüm imalat endüstrileri arasında enerji ve karbon yoğunluğu açısından en büyük endüstrilerden olan beton endüstrisinin karbon emisyonlarını önemli ölçüde azaltabilir.
Doktora öğrencisi Zhipeng Li tarafından yürütülen çalışma Materials Letters dergisinde yayınlandı. WSU İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümü profesörü ve makalenin sorumlu yazarı Xianming Shi, “Bunun sıfır karbon yapılı çevre misyonuna katkıda bulunacak olmasından dolayı çok heyecanlıyız” dedi.
Dünya genelinde her yıl 4 milyar tondan fazla beton üretiliyor. Normal çimento yapımı yüksek sıcaklık ve yakıtların yanmasını gerektirir. Üretiminde kullanılan kireçtaşı da ayrışmaya uğrayarak karbondioksit üretir, bu nedenle çimento üretiminin dünya çapında insan faaliyetleri+nden kaynaklanan toplam karbon emisyonlarının yaklaşık %8’inden sorumlu olduğu düşünülmektedir.
Araştırmacılar, çimentoyu daha çevre dostu hale getirmek ve karbon ayak izini azaltmak için çimentoya ikame olarak biyokömür eklemeyi denediler, ancak %3 oranında biyokömür eklemek bile betonun mukavemetini önemli ölçüde azalttı. WSU araştırmacıları, beton yıkama atık suyundaki biyokömürü arıttıktan sonra, çimento karışımlarına %30’a kadar biyokömür ekleyebildiler.
Biyokömür katkılı çimentodan yapılan hamur, 28 gün sonra inç kare başına yaklaşık 4.000 poundluk normal çimento ile karşılaştırılabilir bir basınç dayanımına ulaşabildi.
Shi, “Atık akışlarını betonda faydalı kullanımlara yönlendirmek için yeni yollar bulmaya kararlıyız; bu atık akışlarını belirledikten sonra, bir sonraki adım kimyanın sihirli değneğini nasıl sallayabileceğimizi ve bunları bir kaynağa nasıl dönüştürebileceğimizi görmektir. İşin püf noktası gerçekten de arayüzey mühendisliğinde, yani betondaki arayüzeyleri nasıl tasarladığınızda” açıklamasını yaptı.
Kostik beton yıkama suyu, beton üretiminden kaynaklanan, bazen sorunlu olabilen bir atık malzemedir. Shi, atık suyun çok alkali olduğunu ancak aynı zamanda değerli bir kalsiyum kaynağı olarak hizmet ettiğini söyledi.
Araştırmacılar kalsiyumu, biyokömüre ve nihayetinde biyokömür içeren betona fayda sağlayan kalsit oluşumunu meydana getirmek için kullandılar. “Diğer araştırmacıların çoğu çimento yerine sadece %3’e kadar biyokömür ekleyebiliyordu, ancak biz biyokömürün yüzeyini nasıl tasarlayacağımızı bulduğumuz için çok daha yüksek dozlarda biyokömür
kullanımını gösteriyoruz” dedi.
Çok fazla kalsiyum içeren yüksek alkali atık su ile yüksek gözenekli biyokömür
arasındaki sinerji, kalsiyum karbonatın biyokömürün üzerine veya içine çökmesi, onu güçlendirmesi ve havadaki karbondioksiti yakalamasına izin vermesi anlamına geliyordu. Bu malzemeden yapılan bir betonun, kaldırımda 30 yıl veya bir köprüde 75 yıl olmak üzere betonun ömrü boyunca karbondioksiti tutmaya devam etmesi beklenmektedir.
Bu teknolojiyi ticarileştirmek amacıyla araştırmacılar fikri mülkiyeti korumak için Ticarileştirme Ofisi ile birlikte çalışıyor ve karbon-negatif beton çalışmaları için geçici bir patent başvurusunda bulundular. Yakın zamanda Washington Research Foundation ‘dan çeşitli kullanım durumları için daha fazla veri üretmek üzere bir tohum hibe aldılar.
Ayrıca, saha gösterimleri ve WSU’nun bu teknolojisinin lisanslanması için üretimin ölçeğini
büyütmek üzere bina ve inşaat sektöründen aktif olarak endüstri ortakları arıyorlar.
Akademik Referans: Zhipeng Li et al, Towards sustainable industrial application of carbon-negative concrete: Synergistic carbon-capture by concrete washout water and biochar, Materials Letters (2023). DOI: 10.1016/j.matlet.2023.134368
