Oslanjanje sveta na beton, drugi materijal koji se najviše troši posle vode, dovodi do ekološke krize i krize resursa, pri čemu stope iskopavanja peska premašuju prirodno obnavljanje.
Studija istraživača sa Univerziteta Rajs objavljena u časopisu ACS Applied Materials & Interfaces otkrila je da grafen dobijen od metalurškog koksa, proizvoda na bazi uglja, može poslužiti ne samo kao aditiv za ojačavanje cementa, već i kao zamena za pesak u betonu.
„Ovo bi moglo da ima veliki uticaj na jednu od najvećih industrija na svetu“, rekao je Džejms Tur, Rajsov T. T. i V. F. Chao profesor i profesor hemije, nauke o materijalima i nanoinženjeringa. „Uporedili smo beton napravljen korišćenjem zamene grafenskog agregata sa betonom napravljenim od odgovarajućih agregata peska i otkrili smo da je naš beton 25% lakši, ali jednako žilav.
Beton, mešavina agregata poput peska i šljunka vezanih cementom i vodom, je od suštinskog značaja za urbani razvoj. S obzirom da se očekuje da će 68% globalne populacije živeti u urbanim područjima do 2050. godine, predviđa se da će potražnja za betonom, a time i peskom, značajno porasti. Ovo se utrostručilo u poslednje dve decenije, dostižući oko 50 milijardi tona godišnje. Međutim, ovo dolazi sa značajnim ekološkim troškovima.
Proizvodnja cementa, ključne komponente betona, čini 8% svetske emisije ugljen-dioksida. Štaviše, iskopavanje peska, uglavnom neregulisano, predstavlja ozbiljne pretnje za rečne i obalne ekosisteme. Prema izveštaju Ujedinjenih nacija iz 2022., ova eskalirajuća potražnja za peskom, zajedno sa porastom stanovništva i urbanom ekspanzijom, mogla bi uskoro da izazove „krizu peska“.
Primenjujući svoju prepoznatljivu tehniku zagrevanja u džulu na metalurški koks, laboratorija Tour je stvorila tip grafena koji bi mogao da posluži kao zamena za pesak u betonu.
„Inicijalni eksperimenti u kojima je metalurški koks pretvoren u grafen rezultirali su materijalom koji je po veličini bio sličan pesku“, rekao je Pol Advinkula, Rice doktorski stipsa koji je vodeći autor studije. „Odlučili smo da istražimo upotrebu grafena dobijenog od metalurškog koksa kao potpune zamene za pesak u betonu, a naši nalazi pokazuju da bi to zaista dobro funkcionisalo.
Testovi koji upoređuju konvencionalni beton sa betonom napravljenim od agregata grafena pokazuju obećavajuće rezultate. Beton na bazi grafena ne samo da odgovara mehaničkim svojstvima standardnog betona, već nudi i veći odnos čvrstoće i težine.
Laboratorija Tour koristila je Flash Joule grejanje za razne primene, uključujući sintezu hibridnih ugljeničnih nanomaterijala, recikliranje delova baterije i uklanjanje teških metala iz ugljnog pepela.
„Ova tehnika proizvodi grafen brže i u većem obimu od prethodnih metoda“, rekao je Advincula.
Sa potencijalom da se smanji oslanjanje na prirodni pesak i niže emisije ugljenika iz betonske industrije, ova nova tehnologija bi mogla dovesti do održivije prakse urbanog razvoja.
„Biće potrebno neko vreme da cena grafena postane dovoljno niska da ovo učini održivim“, rekao je Tur. „Ali ovo samo pokazuje da postoje alternative koje možemo da tražimo.“
Satish Nagarajaiah, profesor građevinskog i ekološkog inženjerstva i mašinstva koji je odgovarajući autor studije, naglasio je da je „30% betona sastavljeno od peska – značajan deo“.
„Činjenica da smo na ivici ‘peščane krize’ motiviše nas da tražimo alternative, a metalurški koks, koji košta otprilike isto kao pesak po oko 10% cene betona, mogao bi da pomogne ne samo da bude bolji. -kvalitetnog betona, ali i na kraju dovesti do značajnih ušteda“, rekao je Nagarajaiah.
