Το τσιμέντο είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά στον πλανήτη (ενδεικτικά, η κατανάλωση τσιμέντου στις ΗΠΑ υπολογίστηκε σε 109 εκατομμύρια μετρικούς τόνους το 2021), αλλά δυστυχώς κάθε στάδιο παραγωγής του έχει αρνητικό αντίκτυπο στο περιβάλλον (ατμοσφαιρικούς ρύπους με τη μορφή σκόνης, αναθυμιάσεις, θόρυβο και κραδασμούς, καθώς και ζημιές στο τοπίο από λατομεία).
Επιστήμονες στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang της Σιγκαπούρης (NTU Singapore) με επικεφαλής τον καθηγητή Chu Jian, πρόεδρο της Σχολής Πολιτικών και Περιβαλλοντικών Μηχανικών προτείνουν τώρα μια μέθοδο παραγωγής βιοτσιμέντου από απόβλητα, που χρησιμοποιεί βακτήρια για να δεσμεύσει τα σωματίδια χώματος σε ένα στερεό μπλοκ.
Η διαδικασία παραγωγής βιοτσιμέντου απαιτεί λιγότερη ενέργεια και παράγει λιγότερες εκπομπές άνθρακα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους παραγωγής τσιμέντου. Το βιοτσιμέντο της ομάδας δημιουργείται από δύο τύπους αποβλήτων: βιομηχανική λάσπη καρβιδίου (απόβλητο υλικό που προέρχεται από εργοστάσια της Σιγκαπούρης) και ουρία που βρίσκεται στα ούρα.
Αρχικά η ομάδα επεξεργάζεται τη λάσπη καρβιδίου με ένα οξύ για να παραγάγει διαλυτό ασβέστιο. Στη συνέχεια προσθέτει ουρία στο διαλυτό ασβέστιο για να σχηματιστεί ένα διάλυμα και κατόπιν προσθέτει μια βακτηριακή καλλιέργεια. Τα βακτήρια από την καλλιέργεια διασπούν την ουρία στο διάλυμα για να σχηματίσουν ανθρακικά ιόντα. Αυτά τα ιόντα αντιδρούν με τα διαλυτά ιόντα ασβεστίου σε μια διαδικασία που ονομάζεται μικροβιακά επαγόμενη καταβύθιση ανθρακικού ασβεστίου (Microbially Induced Calcium Carbonate Precipitation, MICP). Αυτή η αντίδραση σχηματίζει ανθρακικό ασβέστιο που είναι ένα σκληρό, στερεό υλικό που βρίσκεται φυσικά στην κιμωλία, στον ασβεστόλιθο και στο μάρμαρο. Όταν αυτή η αντίδραση συμβαίνει στο έδαφος ή στην άμμο, το ανθρακικό ασβέστιο που προκύπτει συνδέει σωματίδια χώματος ή άμμου μεταξύ τους για να αυξήσει την αντοχή τους και γεμίζει τους πόρους ανάμεσά τους για να μειώσει τη διαρροή νερού μέσω του υλικού.
«Το βιοτσιμέντο είναι μια βιώσιμη και ανανεώσιμη εναλλακτική λύση έναντι του παραδοσιακού τσιμέντου και έχει μεγάλες δυνατότητες να χρησιμοποιηθεί σε κατασκευαστικά έργα που απαιτούν επεξεργασία του εδάφους. Η έρευνά μας κάνει το βιοτσιμέντο ακόμα πιο βιώσιμο αφού χρησιμοποιεί δύο τύπους αποβλήτων ως πρώτες ύλες. Μακροπρόθεσμα, όχι μόνο θα καταστήσει φθηνότερη την παραγωγή βιοτσιμέντου, αλλά θα μειώσει και το κόστος της διάθεσης των απορριμμάτων», λέει ο καθηγητής Chu.
Βιώσιμη και αποδοτική μέθοδος
Το έδαφος που ενισχύεται με βιοτσιμέντο έχει αντοχή σε συμπίεση έως και 1,7 megapascals (MPa), η οποία είναι υψηλότερη από εκείνη του ίδιου εδάφους που έχει υποστεί επεξεργασία με ισοδύναμη ποσότητα παραδοσιακού τσιμέντου. Αυτό καθιστά το βιοτσιμέντο κατάλληλο για χρήση σε έργα βελτίωσης του εδάφους.
Επίσης, η διαδικασία παραγωγής του παραδοσιακού τσιμέντου απαιτεί την καύση πρώτων υλών σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες άνω των 1.000 βαθμών Κελσίου, παράγοντας μεγάλη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα. Αντίθετα, το βιοτσιμέντο παράγεται σε θερμοκρασία δωματίου χωρίς να καίει τίποτα, και επομένως είναι μια πιο «πράσινη», λιγότερο απαιτητική ενεργειακά και ουδέτερη από άνθρακα διαδικασία.
Η ερευνητική ομάδα υποστηρίζει πως αν η παραγωγή βιοτσιμέντου κλιμακωθεί στα επίπεδα παραγωγής του παραδοσιακού τσιμέντου, το συνολικό κόστος συγκριτικά με αυτό του συμβατικού τσιμέντου θα γίνει πολύ χαμηλότερο.
Ένα άλλο πλεονέκτημα της μεθόδου της σύνθεσης βιοκονιάματος είναι ότι τόσο η βακτηριακή καλλιέργεια όσο και το διάλυμα τσιμέντου είναι άχρωμα. Όταν το βιοτσιμέντο εφαρμόζεται σε χώμα, άμμο ή βράχο, διατηρεί το αρχικό τους χρώμα και αυτό το καθιστά χρήσιμο για την αποκατάσταση παλαιών βραχωδών μνημείων και αντικειμένων. Για παράδειγμα, η ερευνητική ομάδα επισκεύασε με βιοτσιμέντο παλιά μνημεία του Βούδα στην Κίνα.
Σε συνεργασία με τις σχετικές εθνικές υπηρεσίες στη Σιγκαπούρη, η ομάδα δοκιμάζει αυτήν τη στιγμή το νέο της βιοτσιμέντο στο East Coast Park για την ενίσχυση της άμμου στην παραλία. Ψεκάζοντας με διάλυμα βιοτσιμέντου την άμμο, σχηματίζεται μια σκληρή κρούστα, αποτρέποντας την έκπλυσή της από τη θάλασσα.
Η ομάδα διερευνά επίσης περαιτέρω μεγάλης κλίμακας εφαρμογές του βιοτσιμέντου της στη Σιγκαπούρη, όπως σε σφράγιση ρωγμών σε δρόμους ή κενών σε υπόγειες σήραγγες για την αποφυγή διαρροής νερού ή ακόμα και ως υπόστρωμα καλλιέργειας κοραλλιογενών υφάλων που αναπτύσσονται σε ανθρακικό ασβέστιο.
{https://www.youtube.com/watch?v=uobVeBvsVeE}
* Η εργασία έχει δημοσιευτεί στο Journal of Environmental Chemical Engineering - Πηγή: Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore)
