Инженеры создали бетон, который прочнее обычного и поглощает CO2 из воздуха

Инженеры из Индии разработали новый тип бетона, который не только прочнее обычного, но и способен активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon Research.

Специалисты из Инженерного колледжа Меpco Шленк (Mepco Schlenk Engineering College) под руководством Сринивасан Ревати использовали два натуральных компонента: цеолит — пористый минерал, и бамбуковый биоуголь — материал с высоким содержанием углерода. Оба вещества обладают большой площадью поверхности и объёмом пор, что делает их эффективными для захвата молекул газа.

Исследователи протестировали несколько составов бетона марки M35, обычно применяемого в инфраструктуре с умеренной нагрузкой. Часть мелкого заполнителя заменили цеолитом (25% и 50%), а часть цемента — бамбуковым биоуглём (0,5%, 1% и 1,5%). Каждый состав проверяли на прочность при сжатии и растяжении, водопоглощение и ударную стойкость.

Лучший результат показала смесь с 50% цеолита и 1% бамбукового биоугля (ZB5). Прочность на сжатие достигла 38,49 МПа — примерно на 7,48% выше, чем у обычного бетона. Прочность на растяжение при раскалывании составила 4,39 МПа, что на 15% лучше стандартной смеси. Укрепление исследователи связывают с взаимодействием алюмосиликатной структуры цеолита и твёрдости бамбукового биоугля — вместе они создают более плотную и долговечную цементную матрицу.

Помимо прочности, состав ZB5 продемонстрировал способность поглощать CO₂. В камере карбонизации бетон захватывал 1,2 грамма углекислого газа в день, а за семь дней газ проник в материал на 15 мм. Этот эффект объясняется микропористой структурой цеолита и высоким содержанием углерода в биоугле.

«Наша работа демонстрирует двойную выгоду. Мы не просто создаём более прочный бетон, а превращаем обычный строительный материал в активный инструмент для улучшения экологии. Благодаря сочетанию цеолита и бамбукового биоугля мы можем возводить конструкции, которые не только прочны, но и активно очищают воздух от избытка углекислого газа, открывая путь к по-настоящему устойчивой инфраструктуре в районах с высокими выбросами — например, на городских дорогах и в промышленных зонах», — отметила Сринивасан Ревати, автор исследования из кафедры гражданского строительства.

Потенциальные области применения нового бетона — дорожные покрытия, парапеты автомагистралей и канализационные трубопроводы. Такие конструкции смогут выполнять свои обычные функции и одновременно поглощать часть углекислого газа из окружающей среды.

Однако учёные предупреждают: работа пока носит характер доказательства концепции, и до широкого внедрения материала потребуются дополнительные испытания. В дальнейшем планируется изучить долговременную прочность бетона и его способность поглощать CO₂ со временем, протестировать другие виды биоугля, оценить смесь в разных марках бетона и раствора, а также проверить, улучшит ли характеристики предварительно замоченный биоуголь.

Источники:

Материалы предоставлены Shenyang Agricultural University.

Srinivasan Revathi, Dobson Alice Elizabeth Tania, Sutharson Ancy Shadin, Jegatheesan Keerthana. Effect of zeolite and bamboo biochar as CO2 absorbant in concrete. Carbon Research, 2024; 3 (1) DOI: 10.1007/s44246-024-00116-1