Denna artikel bakom kulisserna tillhandahölls LiveScience i samarbete med National Science Foundation.
Om du vill laga lite miljövänligt cement, bara blanda två koppar granulerad trädgårdskalksten, en kopp mald granulerad masugnsslagg och tre matskedar soda (dvs natriumkarbonat). Vad som är resultatet är ett starkt, hållbart och ekonomiskt alternativ till vanlig Portlandcement (OPC), branschledande inom cement. Forskare i Michel Barsoums grupp vid Drexel University har lagat fram den till synes nya tekniken under de senaste åren, men dess ursprung går tillbaka mycket längre än man kanske inser.
Till Egypten stora pyramider. Barsoums grupp hade forskat som tycktes bevisa att några av stenarna i pyramiderna gjutades med en tidig form av cement, snarare än snidade ur kalksten. Om några av de material som användes för att bygga pyramiderna verkligen gjutits och har varat i 4500 år, varför inte använda dem i dagens byggmaterial, undrade han?
"OPC ansvarar för 5 till 8 procent av världens COand förbrukar en enorm mängd energi," säger Alex Moseson, en kollega som nu tar ledningen när det gäller att föra Barsoum alternativ till marknaden.
Greenstone cementingredienser
Skillnaden mellan den Drexel-skapade "Greenstone" -cementen, som den kallas, och vanligt Portlandcement ligger i ingredienserna och metoderna som används. Greenstone är en alkali-aktiverad cement (AAC) som inte kräver uppvärmning när den tillverkas. Snarare förlitar AAC sig på återvunna ingredienser som är lättillgängliga - mestadels avfallsprodukter från industrin som redan har värmts upp. Dessa inkluderar flygaska, skorsten som fångats från koleldade kraftverk och slagg, vilket är en biprodukt av processen som förvandlar järnmalm till järn.
Som ett resultat är Greenstones profil för miljöpåverkan dramatiskt annorlunda än OPC: er, vilket visar 97 procent mindre energi förbrukat och även producerat koldioxid. Dessutom ger den tillgängliga råvaran kostnaden för tillverkning från $ 75 per ton till ungefär $ 50 per ton. Med förväntade kolkrediter ger Greenstone ytterligare $ 5- $ 20 per ton.
Men hur jämför det med OPC i prestanda? "Våra resultat och litteraturen bekräftar att det fungerar lika bra eller bättre än OPC," säger Barsoum. Gruppen är nära att se cementpassindustritester som sätter riktmärken för styrka, inställd tid och volymstabilitet.
Lika viktigt, säger Moses, "Vi har alltid arbetat mot cement som fungerar i den verkliga världen, inte bara laboratoriet. Det betyder hyllstabilitet, bearbetbarhet, härdning av rumstemperatur, enkel transport och mer. ”
Moseson strävade efter en sådan verklig tillämpning medan han var på IIT Bombay i Mumbai och forskade för sin avhandling. Han arbetade med lokala forskare för att utveckla en AAC som uppfyllde de standarder som anges i Indien för cement och undersökte hur Greenstone-produktionen skulle kunna stärka människor som lever i slummen. Idag övervägs tre produkter tillverkade av lokala material, med lokala verktyg och arbetskraft, för närvarande av en stor cementtillverkare där.
Gruppen har tagit Greenstone och bildat ett företag, Greenstone Technologies, Inc. De började publicera vetenskapliga resultat om sina resultat 2009 och en publicering i november 2011 i Cement och betongkompositer diskuterade den gröna cementens praktiska potential. Forskarna pratar för närvarande med investerare och möjliga partners. Finns det hinder för att släppa Drexel-cementet ut på marknaden med kravet på fördelar med reducerade kostnader, minskad förorening och förbättrad prestanda? "Utmaningarna för att komma ut på marknaden inkluderar variationen mellan råvaror ... och tiden det tar att validera ett nytt material," säger Moses. ”Medan vår forskning tillåter oss att kompensera för variation, skulle det hjälpa om processorer tänker på flygaska och slagg som samprodukter istället för biprodukter för att hjälpa till att standardisera dessa material för användning i cementen.
”Vi måste också övervinna kraftfulla marknadsstyrkor. OPC är en global marknad på 300 miljarder dollar och det är svårt att övertyga byggare och industrier om att använda något annat. Att övertyga människor om att vårt cement kommer att pågå så länge som OPC när det är nyare är också en utmaning. ” Dessutom är deras produkt inte patenterbar på grund av en hel del tidigare teknik - eller förkunskaper relaterade till tekniken - redan från 1950-talet, vilket ibland är ett avskräckande medel för investerare. Trots dessa hinder ökar intresset för deras arbete.
Intressant nog är AAC inte helt helt nytt. Under 1950- och 1960-talet användes en form av AAC framgångsrikt i vissa byggnader i fd Sovjetunionen. Förutom de stora Egypten i Pyramiderna, kom mycket av inspiration till denna forskning från antika Rom. "Allt som romarna byggde var gjord av liknande ingredienser," säger Moses. "Även om vi inte kommer att veta i 2000 år om våra har romerska byggnaders livslängd, ger det oss en uppfattning om de här städernas kraft."
Redaktörens anmärkning: Forskarna som visas i Bakom kulisserna har artiklar stött av Nationella vetenskapsfonden, den federala byrån som ansvarar för att finansiera grundforskning och utbildning inom alla vetenskaps- och teknikområden. Alla åsikter, fynd och slutsatser eller rekommendationer som uttrycks i detta material är författarnas och avspeglar inte nödvändigtvis National Science Foundations åsikter. Se Bakom kulissarkivet.
