Из техногенных отходов. Разработаны строительные материалы с минимальным углеродным следом

Минеральные вяжущие вещества из отходов промышленности станут альтернативой обыкновенным портландцементам*. Новые составы способны поглощать углекислый газ из атмосферы и благодаря этому минимизировать свой углеродный след.

Ученые Климатического центра Новосибирского государственного университета создали инновационные строительные материалы с минимальным углеродным следом. Для их производства используются крупные техногенные отходы, образующиеся в горнодобывающей, строительной и энергетической отраслях. В состав новых материалов входят минеральное сырье, полученное при сносе зданий, а также отвалов с карьеров и шахт, металлургические шлаки и золошлаковые отходы, образующиеся в результате сжигания угля на электростанциях. Используя уникальную технологию, разработанную в лабораториях Климатического центра, новые бесцементные строительные материалы не только имеют значительно меньшее воздействие на углеродный баланс по сравнению с традиционным бетоном, но и обладают способностью поглощать углекислый газ из атмосферы.

Производство цемента сопряжено с высокими энергозатратами. Особенности технологического процесса предполагают обжиг минерального сырья, в результате которого в атмосферу выбрасывается углекислый газ, что обеспечивает высокий уровень эмиссии парниковых газов. На тонну произведенного цемента приходится примерно 800-900 килограмм CO₂, выброшенного в атмосферу. Это ставит цементную промышленность на третье место по величине антропогенных выбросов углекислого газа. Поэтому проблема декарбонизации строительной отрасли актуальна и стоит достаточно остро. Мы на нашем Карбоновом полигоне создаем технологии, направленные на снижение углеродного следа в цементной промышленности, разрабатывая и внедрения альтернативные минеральные вяжущие вещества и "зеленые" стройматериалы на их основе.

• Георгий Лазоренко, директор Климатического центра НГУ

При изготовлении материалов используемое техногенное минеральное сырье подвергается высокоинтенсивному механическому измельчению, разделяется на различные фракции. В некоторых случаях применяются методы предварительной термической обработки в высокотемпературной печи или в камерах СВЧ-нагрева — в зависимости от назначения готовой смеси, которую ученые намерены получить. Далее минеральная сырьевая смесь смешивается с активатором на щелочной или кислотной основе. Как правило, она представляет собой водный раствор, который смешивается с твердой минеральной мелкодисперсной фазой. В результате образуется растворная смесь, твердение которой обеспечивает формирование керамико- или бетоноподобного материала.

Использование при производстве вяжущего вещества техногенного минерального сырья с высоким содержанием катионов кальция и магния, способных реагировать с диоксидом углерода с образованием стабильных карбонатных минералов, обеспечивает связывание CO₂ с разработанными материалами.

Исследования материалов на способность поглощать углекислый газ мы проводим с использованием специальной сконструированной камеры карбонизации, в которую закачивается CO₂ под давлением. При контролируемых режимных параметрах – температуре, влажности и давлении мы принудительно карбонизируем материал и изучаем кинетику процесса минеральной карбонизации.

• Георгий Лазоренко

Сейчас исследуются технологии производства строительных материалов с низким содержанием углерода и без использования цемента в лабораторных условиях. Ученые Климатического центра НГУ работают над оптимизацией рецептур и технологических процессов, а также разрабатывают методы, способствующие повышению способности этих материалов поглощать углекислый газ из окружающей атмосферы. В рамках лабораторных исследований были созданы опытные образцы материалов, в которых использованы различные виды техногенных отходов, полученных с промышленных объектов страны.

Из разработанных составов можно формировать различные изделия. В настоящее время изготовлены образцы плитки, которую можно использовать в городской инфраструктуре, а также теплозвукоизоляционные материалы, которые вполне могут конкурировать с изделиями на основе обыкновенных цементов по техническим качествам и имеют существенное преимущество с точки зрения углеродного следа.

*Портландцемент (англ. Portland cement) — чаще всего используемый во всех странах вид цемента. Портландский цемент получают при путем совместного помола помола цементного клинкера, гипса и добавок, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %).

Изображения: НГУ