Put ka neto nultoj budućnosti mora biti popločan zelenijim betonom, a naučnici sa Univerziteta Rajs znaju kako da to naprave.
Proizvodnja cementa, sastojka betona, čini otprilike 8% svetskih godišnjih emisija ugljen-dioksida, što ga čini značajnom metom ciljeva smanjenja emisije gasova staklene bašte. U skladu sa tim naporima, laboratorija Rice hemičara Džejmsa Tura koristila je flash džule zagrevanje da ukloni toksične teške metale iz letećeg pepela, praškastog nusproizvoda električnih elektrana na ugalj koji se često koristi u betonskim mešavinama. Korišćenje prečišćenog pepela od uglja smanjuje količinu potrebnog cementa i poboljšava kvalitet betona.
U laboratorijskoj studiji, zamena 30% cementa koji se koristi za izradu serije betona prečišćenim pepelom od uglja poboljšala je čvrstoću i elastičnost betona za 51% i 28%, respektivno, dok je smanjila emisije gasova staklene bašte i teških metala za 30% i 41%, respektivno, prema radu objavljenom u Communications Engineering.
„Smanjenje emisija iz proizvodnje cementa je veoma važno za ublažavanje globalnih emisija staklene bašte“, rekao je glavni autor Bing Deng, postdoktorski istraživač u laboratoriji Tour. „Ovo je velika slika ove studije.“
Inženjer pirinča Satiš Nagaradžaja je istakao da je „proizvodnja cementa značajan izvor emisije ugljen-dioksida. Smanjenje sadržaja cementa u betonu će pomoći u smanjenju emisije.“
„Možete da koristite manje betona ako koristite pepeo od uglja. Međutim, leteći pepeo sadrži teške metale“, rekao je Tur. „Često pokušavamo da popravimo jednu stvar, a nešto drugo zabrljamo. U našem nastojanju da uradimo nešto sa ovim otpadom, odnosno pepelom od uglja, zagađivali smo našu životnu sredinu jer su teški metali ispirali. Voda ga je nosila u našu okolinu. i kontaminirali naše zemljište duž puteva itd.“
Oko 750 miliona tona letećeg pepela se proizvodi širom sveta svake godine. Naučnici za pirinač razvili su brz proces bez vode zasnovan na brzom džulovom zagrevanju koji može da ukloni do 90% teških metala u njemu, čineći ga pogodnijim za infrastrukturnu upotrebu.
„U osnovi, mi mešamo leteći pepeo sa čađom, jer leteći pepeo ne sprovodi električnu energiju, a čađa čini smešu provodljivom“, rekao je Deng. „Sledeće, postavljamo mešavinu između dve grafitne ili bakarne elektrode i koristimo kondenzator da obezbedimo kratki strujni impuls uzorku. Ovaj strujni ulaz dovodi temperaturu uzorka do oko 3.000 stepeni Celzijusa (5.432 Farenhajta). Visoka temperatura čini teški metali isparavaju u isparljivu struju koja se zatim hvata.
„Upotrebom ove metode možemo eliminisati teške metale iz pepela uglja sa veoma visokom efikasnošću“, nastavio je on. „Za različite teške metale kao što su arsen, kadmijum, kobalt, nikl i olovo, efikasnost uklanjanja je do 70% do 90% u samo jednoj sekundi. Ovo je veoma brz proces pražnjenja.“
Pokazalo se da fleš džule zagrevanje deluje na različite sastave letećeg pepela uglja koji nastaju sagorevanjem uglja ekstrahovanog sa različitih geografskih lokacija.
„Postoje dve glavne klase letećeg pepela sa različitim neorganskim sastavima, klasa C i klasa F“, rekao je Deng. „Otkrili smo da naš metod funkcioniše za obe vrste letećeg pepela od uglja. Takođe radi i za druge opasne otpade poput crvenog mulja ili ostataka boksita. Ovo pokazuje da proces može postati generalizovani pristup za dekontaminaciju industrijskog čvrstog otpada velikih razmera.“
„Pročišćeni pepeo od uglja ne samo da je bolji za životnu sredinu, već i povećava snagu i kvalitet betona“, rekao je Vei Meng, postdoktorski istraživač u oblasti građevinarstva i inženjeringa životne sredine i ko-vodeći autor studije. „Utvrdili smo da se zamenom 30% cementa u betonskoj mešavini sa prečišćenim pepelom od uglja značajno povećala čvrstoća na pritisak i modul elastičnosti kompozita.
„Ovo je veoma značajno za građevinarstvo i građevinsku industriju jer se jače konstrukcije mogu graditi sa manje cementa“, nastavio je on. „Zato je ovo istraživanje dragoceno građevinskim inženjerima.
Proces u laboratoriji Tour omogućava da se ispareni teški metali sakupljaju u vakuumskoj komori umesto da se ispuštaju u životnu sredinu. Štaviše, energija koja se troši tokom procesa je relativno niska.
Izračunali smo da je potrošnja energije oko 532 kilovata po toni“, rekao je Meng. „Ako ovo pretvorimo u cene struje u Teksasu, to će biti oko 21 dolar po toni. Analiza životnog ciklusa pokazuje da zapravo možemo izvući vrednost iz ovih otpadnih materijala.“
„To je velika pobeda za životnu sredinu“, rekao je Tur. „Smanjujete emisije i ne ispirate teške metale u tom procesu.“
