Dieser Artikel hinter den Kulissen wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.
Wenn Sie umweltfreundlichen Zement kochen möchten, mischen Sie einfach zwei Tassen granulierten Gartenkalksteins, eine Tasse gemahlene granulierte Hochofenschlacke und drei Esslöffel Soda (d. H. Natriumcarbonat). Das Ergebnis ist eine starke, nachhaltige und wirtschaftliche Alternative zu gewöhnlichem Portlandzement (OPC), dem Branchenführer für Zement. Forscher in der Gruppe von Michel Barsoum an der Drexel-Universität haben diese scheinbar neue Technologie in den letzten Jahren erfunden, aber ihre Ursprünge reichen viel weiter zurück, als man sich vorstellen kann.
In der Tat zu den großen Pyramiden von Ägypten. Barsoums Gruppe hatte Forschungen durchgeführt, die zu beweisen schienen, dass einige der Steine in den Pyramiden mit einer frühen Form von Zement gegossen wurden, anstatt aus Kalkstein geschnitzt zu werden. Wenn einige der Materialien, die für den Bau der Pyramiden verwendet wurden, tatsächlich gegossen wurden und 4.500 Jahre gedauert haben, warum sollte man sie nicht in den heutigen Baumaterialien verwenden, fragte er sich?
„OPC ist für 5 bis 8 Prozent des weltweiten CO verantwortlich und verbraucht eine enorme Menge an Energie“, sagt Alex Moseson, ein Kollege, der jetzt die Führung bei der Markteinführung von Barsoums Alternative übernimmt.
Greenstone Zement Zutaten
Der Unterschied zwischen dem von Drexel hergestellten „Greenstone“ -Zement, wie er genannt wird, und gewöhnlichem Portlandzement liegt in den verwendeten Inhaltsstoffen und Methoden. Greenstone ist ein alkalisch aktivierter Zement (AAC), der bei seiner Herstellung nicht erhitzt werden muss. Vielmehr stützt sich die AAC auf recycelte Zutaten, die leicht verfügbar sind - hauptsächlich Industrieabfälle, die bereits erhitzt wurden. Dazu gehören Flugasche, Schornsteinruß aus Kohlekraftwerken und Schlacke, ein Nebenprodukt des Prozesses, bei dem Eisenerz in Eisen umgewandelt wird.
Infolgedessen unterscheidet sich das Umweltverträglichkeitsprofil von Greenstone erheblich von dem von OPC und zeigt, dass 97 Prozent weniger Energie verbraucht und auch CO2 produziert wird. Durch die sofortige Verfügbarkeit von Rohstoffen steigen die Herstellungskosten von 75 USD pro Tonne auf ca. 50 USD pro Tonne. Mit erwarteten Emissionsgutschriften bietet Greenstone einen zusätzlichen Vorteil von 5 bis 20 USD pro Tonne.
Aber wie ist die Leistung im Vergleich zu OPC? "Unsere Ergebnisse und die Literatur bestätigen, dass es genauso gut oder besser als OPC ist", sagt Barsoum. Die Gruppe steht kurz davor, die Tests der Zementindustrie zu bestehen, die Maßstäbe für Festigkeit, Abbindezeit und Volumenstabilität setzen.
Ebenso wichtig ist, sagt Moseson: „Wir haben immer auf Zement hingearbeitet, der in der realen Welt funktioniert, nicht nur im Labor. Das bedeutet Regalstabilität, Verarbeitbarkeit, Aushärtung bei Raumtemperatur, einfacher Transport und mehr. “
Moseson verfolgte eine solche reale Anwendung am IIT Bombay in Mumbai und forschte für seine Dissertation. Er arbeitete mit lokalen Forschern zusammen, um ein AAC zu entwickeln, das den in Indien festgelegten Standards für Zement entspricht, und untersuchte, wie die Greenstone-Produktion Menschen in Slums stärken kann. Derzeit werden drei Produkte aus lokalen Materialien mit lokalen Werkzeugen und Arbeitskräften von einem großen Zementhersteller geprüft.
Die Gruppe hat Greenstone übernommen und ein Unternehmen gegründet, Greenstone Technologies, Inc. Sie begannen 2009 mit der Veröffentlichung wissenschaftlicher Ergebnisse über ihre Ergebnisse und einer Veröffentlichung im November 2011 in Zement- und Betonverbundwerkstoffe diskutierten das praktische Potenzial des Drexel-Grünzements. Die Forscher sprechen derzeit mit Investoren und möglichen Partnern. Gibt es angesichts des Anspruchs auf Vorteile reduzierter Kosten, reduzierter Umweltverschmutzung und verbesserter Leistung Hindernisse für die Markteinführung des Drexel-Zements? „Zu den Herausforderungen, um dies auf den Markt zu bringen, gehören die Unterschiede zwischen den Rohstoffen… und die Zeit, die für die Validierung eines neuen Materials benötigt wird“, sagt Moseson. „Unsere Forschung ermöglicht es uns zwar, Abweichungen auszugleichen, aber es wäre hilfreich, wenn Verarbeiter Flugasche und Schlacke als Nebenprodukte anstelle von Nebenprodukten betrachten, um diese Materialien für die Verwendung im Zement zu standardisieren.
„Wir müssen auch die starken Marktkräfte überwinden. OPC ist ein globaler Markt von 300 Milliarden US-Dollar, und es ist schwierig, Bauherren und Industrien davon zu überzeugen, etwas anderes zu nutzen. Es ist auch eine Herausforderung, die Menschen davon zu überzeugen, dass unser Zement so lange hält wie OPC, wenn er neuer ist. “ Darüber hinaus ist ihr Produkt aufgrund des großen Standes der Technik - oder des technologischen Vorwissens - bereits in den 1950er Jahren nicht patentierbar, was für Investoren manchmal abschreckend ist. Trotz dieser Hürden steigt das Interesse an ihrer Arbeit.
Interessanterweise ist AAC nicht ganz neu. In den 1950er und 1960er Jahren wurde in einigen Gebäuden der ehemaligen Sowjetunion eine Form von AAC erfolgreich eingesetzt. Neben den großen Pyramiden Ägyptens stammte ein Großteil der Inspiration für diese Forschung aus dem alten Rom. "Alles, was die Römer bauten, wurde aus ähnlichen Zutaten hergestellt", sagt Moseson. "Obwohl wir 2000 Jahre lang nicht wissen werden, ob unsere Gebäude die Langlebigkeit römischer Gebäude haben, gibt es uns eine Vorstellung von der Ausdauer dieses Materials."
Anmerkung der Redaktion: Die in Behind the Scenes-Artikeln abgebildeten Forscher wurden von der Nationale Wissenschaftsstiftung, die Bundesbehörde, die mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Bildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt ist. Alle in diesem Material geäußerten Meinungen, Ergebnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der National Science Foundation wider. Siehe die Archiv hinter den Kulissen.
