I ricercatori sviluppano Eco

Di Washington State University, 22 aprile 2023

I ricercatori della Washington State University hanno sviluppato una formula per calcestruzzo carbon-negative infondendo cemento con biochar, riducendo le emissioni di carbonio del settore. Questo calcestruzzo ecologico raggiunge una resistenza paragonabile al cemento normale assorbendo fino al 23% del suo peso in CO2 dall'aria.

I ricercatori della Washington State University hanno sviluppato una formula di cemento ecologico e a emissioni di carbonio negative, resistente quasi quanto il cemento tradizionale.

In un lavoro di prova, i ricercatori della Washington State University hanno infuso cemento standard con biochar, un tipo di carbone prodotto da rifiuti organici, che erano stati precedentemente arricchiti con acque reflue di cemento. Il biochar è stato in grado di assorbire fino al 23% del suo peso in anidride carbonica dall’atmosfera, pur mantenendo una resistenza paragonabile al cemento normale.

La ricerca potrebbe ridurre significativamente le emissioni di carbonio dell’industria del calcestruzzo, che è una delle industrie manifatturiere a più alta intensità di energia e di carbonio. Il lavoro, condotto dal dottorando Zhipeng Li, è stato riportato il 10 aprile nella rivista Materials Letters.

"Siamo molto entusiasti che ciò contribuirà alla missione di un ambiente costruito a zero emissioni di carbonio", ha affermato Xianming Shi, professore presso il Dipartimento di ingegneria civile e ambientale della WSU e autore corrispondente dell'articolo.

Lo studente laureato Zhipeng Li e il professor Xianming Shi Credito: Washington State University

Ogni anno nel mondo vengono prodotte più di 4 miliardi di tonnellate di calcestruzzo. La produzione del cemento ordinario richiede temperature elevate e la combustione di combustibili. Anche il calcare utilizzato nella sua produzione subisce una decomposizione che produce anidride carbonica, tanto che si ritiene che la produzione di cemento sia responsabile di circa l'8% delle emissioni totali di carbonio dovute alle attività umane in tutto il mondo.

I ricercatori hanno provato ad aggiungere biochar come sostituto del cemento per renderlo più rispettoso dell’ambiente e ridurre l’impronta di carbonio, ma l’aggiunta anche del 3% di biochar ha ridotto drasticamente la resistenza del calcestruzzo. Dopo aver trattato il biochar nelle acque reflue di lavaggio del calcestruzzo, i ricercatori della WSU sono stati in grado di aggiungere fino al 30% di biochar alla loro miscela di cemento. La pasta realizzata con cemento modificato con biochar è stata in grado di raggiungere una resistenza alla compressione dopo 28 giorni paragonabile a quella del cemento ordinario di circa 4.000 libbre per pollice quadrato.

“Siamo impegnati a trovare nuovi modi per deviare i flussi di rifiuti verso usi benefici nel calcestruzzo; Una volta identificati questi flussi di rifiuti, il passo successivo è vedere come possiamo agitare la bacchetta magica della chimica e trasformarli in una risorsa”, ha affermato Shi. "Il trucco sta davvero nell'ingegneria dell'interfaccia: come si ingegnerizzano le interfacce nel calcestruzzo."

L'acqua caustica di dilavamento del calcestruzzo è un materiale di scarto talvolta problematico derivante dalla produzione del calcestruzzo. Le acque reflue sono molto alcaline ma costituiscono anche una preziosa fonte di calcio, ha affermato Shi. I ricercatori hanno utilizzato il calcio per indurre la formazione di calcite, che avvantaggia il biochar e, infine, il calcestruzzo che incorpora il biochar.

"La maggior parte degli altri ricercatori sono stati in grado di aggiungere solo fino al 3% di biochar per sostituire il cemento, ma stiamo dimostrando l'uso di dosaggi molto più elevati di biochar perché abbiamo capito come ingegnerizzare la superficie del biochar", ha detto.

La sinergia tra le acque reflue altamente alcaline che contengono molto calcio e il biochar altamente poroso ha fatto sì che il carbonato di calcio precipitasse sul o nel biochar, rafforzandolo e consentendo la cattura dell’anidride carbonica dall’aria. Ci si aspetterebbe che un calcestruzzo realizzato con questo materiale continui a sequestrare l’anidride carbonica per tutta la vita del calcestruzzo, in genere 30 anni in una pavimentazione o 75 anni in un ponte.

Per commercializzare questa tecnologia, i ricercatori hanno collaborato con l’Ufficio di Commercializzazione per proteggere la proprietà intellettuale e hanno depositato una domanda di brevetto provvisorio sul loro lavoro in calcestruzzo a emissioni di carbonio negative. Recentemente hanno ricevuto un finanziamento iniziale dalla Washington Research Foundation per produrre più dati per una varietà di casi d’uso. Stanno inoltre cercando attivamente partner industriali del settore dell’edilizia e delle costruzioni per aumentare la produzione per dimostrazioni sul campo e concedere in licenza questa tecnologia WSU.