Theo một nghiên cứu mới, việc thay thế chỉ một trong những thành phần chính của bê tông bằng đá núi lửa có thể làm giảm lượng khí thải carbon từ quá trình sản xuất vật liệu này xuống gần XNUMX/XNUMX.
Bê tông đã mang lại cho chúng ta Điện Pantheon ở Rome, Nhà hát Opera Sydney, Đập Hoover, và vô số đá nguyên khối. Đá nhân tạo bao phủ các thành phố và đường xá của chúng ta, làm nền tảng cho các trang trại gió và các mảng bảng năng lượng mặt trời — và sẽ được đổ hàng tấn vào các dự án cơ sở hạ tầng được hỗ trợ bởi các khoản đầu tư phục hồi COVID ở Hoa Kỳ và nước ngoài.
Tuy nhiên, điều đó phải trả giá đắt cho những nỗ lực chống lại biến đổi khí hậu, bởi vì xi măng- yếu tố liên kết được trộn với cát, sỏi và nước để tạo ra bê tông - được xếp hạng trong số những yếu tố công nghiệp đóng góp lớn nhất vào sự nóng lên toàn cầu.
Tiziana Vanorio, phó giáo sư địa vật lý tại Đại học Stanford cho biết: “Bê tông phổ biến ở khắp mọi nơi vì nó là một trong những vật liệu xây dựng giá cả phải chăng nhất, nó dễ chế tác và có thể được đúc thành bất kỳ hình dạng nào,” Tiziana Vanorio, phó giáo sư địa vật lý tại Đại học Stanford cho biết.
Nhưng sản xuất xi măng giải phóng tới 8% lượng khí thải carbon dioxide hàng năm liên quan đến hoạt động của con người và nhu cầu dự kiến sẽ tăng trong những thập kỷ tới khi đô thị hóa và phát triển kinh tế thúc đẩy việc xây dựng các tòa nhà và cơ sở hạ tầng mới.
Vanorio nói: “Nếu chúng ta giảm lượng khí thải carbon xuống mức cần thiết để ngăn chặn biến đổi khí hậu thảm khốc, chúng ta cần thay đổi cách chúng ta sản xuất xi măng.
Rạn san hô, vỏ tôm hùm và tôm bọ ngựa
CO của bê tông2 vấn đề bắt đầu với đá vôi, một loại đá được làm chủ yếu từ canxi cacbonat. Để tạo ra xi măng Pooclăng - thành phần chính nhão trong bê tông hiện đại - đá vôi được khai thác, nghiền nát và nung ở nhiệt độ cao cùng với đất sét và một lượng nhỏ vật liệu khác trong các lò nung khổng lồ. Việc tạo ra nhiệt này thường liên quan đến việc đốt than hoặc các nhiên liệu hóa thạch khác, chiếm hơn một phần ba lượng khí thải carbon liên quan đến bê tông.
Nhiệt gây ra một phản ứng hóa học tạo ra các cục màu xám có kích thước bằng đá cẩm thạch được gọi là clinker, sau đó được nghiền thành bột mịn mà chúng ta nhận ra là xi măng. Phản ứng này cũng giải phóng carbon mà nếu không, có thể bị nhốt trong đá vôi hàng trăm triệu năm. Bước này đóng góp phần lớn lượng CO còn lại2 khí thải từ sản xuất bê tông.
Vanorio và các đồng nghiệp hiện đang tạo mẫu xi măng loại bỏ khí CO2-phản ứng hóa học hóa học bằng cách tạo ra clinker với một đá núi lửa chứa tất cả các khối xây dựng cần thiết, nhưng không chứa carbon.
Là vật liệu xây dựng được sử dụng nhiều nhất trên hành tinh, bê tông từ lâu đã trở thành mục tiêu để phát minh lại. Các nhà nghiên cứu và các công ty đã tìm thấy nguồn cảm hứng cho các công thức nấu ăn mới trong các rạn san hô, vỏ tôm hùm và câu lạc bộ hình chiếc búa của tôm bọ ngựa. Những người khác đang thay thế một phần clinker bằng chất thải công nghiệp như tro bay từ các nhà máy than hoặc bơm carbon dioxide thu giữ vào hỗn hợp như một cách để giảm tác động khí hậu của bê tông.
Tổng thống Joe Biden đã kêu gọi mở rộng thu giữ carbon và sử dụng nhiên liệu hydro trong sản xuất xi măng để giúp giảm một nửa lượng phát thải khí nhà kính của Hoa Kỳ so với mức năm 2005 vào năm 2030.
Bỏ qua đá vôi
Vanorio đề xuất loại bỏ hoàn toàn đá vôi và thay vào đó bắt đầu bằng một loại đá có thể được khai thác ở nhiều vùng núi lửa trên thế giới. Bà nói: “Chúng ta có thể lấy đá này, nghiền nhỏ và sau đó nung để sản xuất clinker bằng cách sử dụng cùng một thiết bị và cơ sở hạ tầng được sử dụng để sản xuất clinker từ đá vôi.
Nước nóng trộn với clinker carbon thấp này không chỉ biến nó thành xi măng mà còn thúc đẩy sự phát triển của các chuỗi phân tử dài, đan xen vào nhau trông giống như những sợi rối khi quan sát dưới kính hiển vi. Các cấu trúc tương tự tồn tại trong đá được kết dính tự nhiên trong môi trường thủy nhiệt — những nơi mà nước nóng đóng cặn lưu thông ngay dưới mặt đất — và trong các bến cảng bằng bê tông của người La Mã, đã tồn tại 2,000 năm sau sự tấn công của nước mặn ăn mòn và sóng xô nơi bê tông hiện đại thường vỡ vụn trong vòng nhiều thập kỷ.
Giống như cốt thép thường được sử dụng trong các kết cấu bê tông hiện đại để chống nứt, những sợi khoáng nhỏ này chống lại độ giòn thông thường của vật liệu.
“Bê tông không thích bị kéo căng. Vanorio, tác giả cấp cao của các bài báo gần đây về cấu trúc vi mô trong bê tông biển La Mã và về vai trò của vật lý đá trong việc chuyển đổi sang một tương lai các-bon thấp. Hầu hết bê tông hiện nay được gia cố ở quy mô lớn bằng thép.
Bà nói: “Ý tưởng của chúng tôi là củng cố nó ở kích thước nano bằng cách tìm hiểu cách các cấu trúc vi sợi gia cố hiệu quả các tảng đá và các điều kiện tự nhiên tạo ra chúng.
Bài học về chữa bệnh và khả năng phục hồi
Quá trình Vanorio hình dung để chuyển đổi đá núi lửa thành bê tông giống như cách đá xi măng trong môi trường thủy nhiệt. Thường được tìm thấy xung quanh núi lửa và phía trên ranh giới mảng kiến tạo đang hoạt động, các điều kiện thủy nhiệt cho phép đá nhanh chóng phản ứng và tái kết hợp ở nhiệt độ không nóng hơn lò gia đình, sử dụng nước làm dung môi mạnh.
Giống như việc chữa lành da, các vết nứt và đứt gãy ở lớp ngoài cùng của Trái đất kết dính với nhau theo thời gian thông qua các phản ứng giữa các khoáng chất và nước nóng. Vanorio nói: “Thiên nhiên là nguồn cảm hứng tuyệt vời cho các vật liệu sáng tạo bắt chước cuộc sống sinh học. “Chúng tôi cũng có thể lấy cảm hứng từ các quá trình của Trái đất cho phép chữa lành và phục hồi thiệt hại.”
Từ gạch và kim loại rèn đến thủy tinh và nhựa, con người từ lâu đã chế tạo ra các vật liệu sử dụng các lực giống nhau dẫn đến chu kỳ đá của Trái đất: nhiệt, áp suất và nước. Nhiều nghiên cứu khảo cổ và khoáng vật học cho thấy người La Mã cổ đại có thể đã học cách khai thác tro núi lửa để tạo ra công thức bê tông sớm nhất được biết đến bằng cách xem nó cứng lại khi trộn tự nhiên với nước.
Vanorio nói: “Hôm nay chúng ta có cơ hội quan sát quá trình xi măng hóa bằng lăng kính của công nghệ thế kỷ 21 và hiểu biết về các tác động môi trường.
Vanorio đã hợp tác với giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật Alberto Salleo để vượt ra ngoài việc bắt chước địa chất để vận dụng các quy trình của nó cho các kết quả cụ thể và các tính chất cơ học bằng cách sử dụng kỹ thuật quy mô nano. Salleo nói: “Ngày càng rõ ràng rằng xi măng có thể được chế tạo ở quy mô nano và cũng nên được nghiên cứu ở quy mô đó.
Khắc phục các khuyết tật của bê tông
Nhiều đặc tính của xi măng phụ thuộc vào độ nhỏ khiếm khuyết và về độ bền của các liên kết giữa các thành phần khác nhau, Salleo nói. Các sợi nhỏ phát triển và đan xen trong quá trình xi măng của đá nghiền hoạt động giống như sợi dây thắt chặt, truyền sức mạnh. Ông nói: “Chúng tôi muốn nói rằng vật liệu cũng giống như con người: chính những khiếm khuyết trong chúng mới khiến chúng trở nên thú vị.
Vào năm 2019, sự tò mò không ngừng về loại bê tông cổ đại mà anh đã nhìn thấy giữa đống đổ nát khi còn nhỏ lớn lên ở Rome đã thúc đẩy Salleo tìm đến Vanorio, người có hành trình nghiên cứu vật lý đá bắt đầu sau khi trải nghiệm sự năng động của vỏ Trái đất trong thời thơ ấu của cô ở Neapolitan. thành phố cảng ở trung tâm của một miệng núi lửa nơi bê tông La Mã lần đầu tiên được chế tạo.
Kể từ đó, Salleo nhận thấy việc nghiên cứu clinker carbon thấp lấy cảm hứng từ các quá trình địa chất là sự phù hợp hợp lý với các dự án của nhóm ông liên quan đến tính bền vững, chẳng hạn như pin mặt trời chi phí thấp dựa trên vật liệu nhựa và các thiết bị điện hóa để lưu trữ năng lượng.
Ông nói: “Nghĩ về một clinker carbon thấp là một cách khác để giảm lượng CO2 mà chúng ta thải ra trong khí quyển. Nhưng nó mới chỉ là khởi đầu. “Trái đất là một phòng thí nghiệm khổng lồ, nơi các vật chất trộn lẫn ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Ai biết có bao nhiêu cấu trúc thú vị và cuối cùng hữu ích khác ngoài kia? ”
nguồn: Đại học Stanford
Sách liên quan
Giải ngân: Kế hoạch toàn diện nhất từng được đề xuất để đảo ngược sự nóng lên toàn cầu
của Paul Hawken và Tom Steyer
Trước nỗi sợ hãi và sự thờ ơ lan rộng, một liên minh quốc tế gồm các nhà nghiên cứu, chuyên gia và nhà khoa học đã cùng nhau đưa ra một loạt các giải pháp thực tế và táo bạo cho biến đổi khí hậu. Một trăm kỹ thuật và thực hành được mô tả ở đây, một số người nổi tiếng; một số bạn có thể chưa bao giờ nghe nói Chúng bao gồm từ năng lượng sạch đến giáo dục các cô gái ở các nước thu nhập thấp hơn đến các hoạt động sử dụng đất kéo carbon ra khỏi không khí. Các giải pháp tồn tại, có hiệu quả kinh tế và các cộng đồng trên toàn thế giới hiện đang ban hành chúng với kỹ năng và quyết tâm. Có sẵn trên Amazon
Thiết kế các giải pháp khí hậu: Hướng dẫn chính sách cho năng lượng carbon thấp
của Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Với những tác động của biến đổi khí hậu đã gây ra cho chúng ta, nhu cầu cắt giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính trên toàn cầu là không kém phần cấp bách. Đó là một thách thức khó khăn, nhưng các công nghệ và chiến lược để đáp ứng nó vẫn tồn tại ngày nay. Một bộ nhỏ các chính sách năng lượng, được thiết kế và thực hiện tốt, có thể đưa chúng ta vào con đường hướng tới một tương lai các-bon thấp. Hệ thống năng lượng rất lớn và phức tạp, vì vậy chính sách năng lượng phải được chú trọng và tiết kiệm chi phí. Phương pháp tiếp cận một kích thước phù hợp với tất cả đơn giản là sẽ không hoàn thành công việc. Các nhà hoạch định chính sách cần một nguồn lực rõ ràng, toàn diện để vạch ra các chính sách năng lượng sẽ có tác động lớn nhất đến tương lai khí hậu của chúng ta và mô tả cách thiết kế tốt các chính sách này. Có sẵn trên Amazon
Đây Changes Everything: Chủ nghĩa tư bản vs khí hậu
bởi Naomi Klein
In Đây Changes Everything Naomi Klein lập luận rằng biến đổi khí hậu không chỉ là vấn đề khác được nộp gọn gàng giữa thuế và chăm sóc sức khỏe. Đó là một báo động kêu gọi chúng tôi sửa chữa một hệ thống kinh tế đã làm chúng tôi thất bại theo nhiều cách. Klein xây dựng một cách tỉ mỉ trường hợp làm thế nào để giảm lượng khí thải nhà kính một cách ồ ạt là cơ hội tốt nhất của chúng tôi để đồng thời giảm bất bình đẳng, tưởng tượng lại các nền dân chủ bị phá vỡ của chúng tôi và xây dựng lại nền kinh tế địa phương bị cắt đứt. Cô vạch trần sự tuyệt vọng về ý thức hệ của những người từ chối biến đổi khí hậu, những ảo tưởng lộn xộn của những người theo chủ nghĩa địa lý và sự thất bại bi thảm của quá nhiều sáng kiến xanh chính thống. Và cô ấy chứng minh chính xác lý do tại sao thị trường không khắc phục được và không thể khắc phục khủng hoảng khí hậu mà thay vào đó sẽ làm mọi thứ tồi tệ hơn, với các phương pháp khai thác cực kỳ nghiêm trọng và gây tổn hại về mặt sinh thái, kèm theo chủ nghĩa tư bản thảm họa tràn lan. Có sẵn trên Amazon
Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, và ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Tương lai
