细菌混凝土:减排省钱两不误

添加时间:2021-2-22 9:53:21

混凝土会产生大量温室气体。研究人员希望让这种建筑材料更具环保性质。

“建筑业是二氧化碳排放大户,”挪威科技工业研究院(SINTEF)研究员Simone Balzer Le说,“水泥是混凝土中的黏合成分之一,仅水泥制造过程排放的温室气体量,就占全球温室气体排放量的5%以上。”

在常规的水泥生产工艺中,工程师会以1450摄氏度高温煅烧石灰石,该过程会排放大量二氧化碳。

Balzer Le说:“目前,有很多方法可以降低水泥行业的温室气体产量,例如:捕获二氧化碳,用另一种黏合成分部分取代水泥,或者寻找一种无需加热的水泥制造工艺。我们在开发生物水泥BioZEment时采用了第三种方案。”

如果第三种方案能顺利推进,将显着减少建筑业产生的温室气体总量。

Balzer Le说:“我们预计,与传统水泥相比,BioZEment可以减少多达80%的排放量。尽管BioZEment目前还无法应用于所有建筑物,但它为减少建筑业的温室气体提供了更多选择。”

在BioZEment的制造过程中,研究人员首先以常规方式混合石灰石和沙子,接着加入一种特殊的细菌(代替原本的加热过程)。

“这种细菌能够产生乳酸和醋酸等有机酸。”Balzer Le说,“它有助于降低混合物的pH值,进而部分溶解石灰石,释放钙离子和碳酸盐。”

随后,研究人员需要在模具中混合沙子与另一种细菌,并将其与上一步准备好的部分溶解石灰石和尿素混合。

这些细菌会产生一种尿素分解酶,导致混合物pH值升高。在该条件下,钙与碳酸钙晶体一同形成,而碳酸钙晶体会在细菌混凝土中起黏合作用。

经过干燥固化后,模具中的细菌混凝土变成了固体。从本质上讲,这种方法属于生物地球化学过程中生物诱导方解石沉淀(MICP)的延伸。碳酸钙沉淀是天然矿物质与细菌代谢相互作用的结果。

Balzer Le说:“BioZEment的优点在于钙和碳酸盐都来自石灰石,这能减少尿素的用量。”

细菌混凝土包含沙子、细磨石灰石和两种特殊的细菌。使用时,需要与水、尿素和细菌需要的营养素混合。Simone Balzer Le正在实验室中配制细菌混凝土。

研究人员一直希望开发出细菌混凝土技术的多样化应用方式,而其中最直接的方法便是制造细菌混凝土砖,它的成本只比标准砖高10%左右。

Balzer Le说:“制砖是非常具有现实意义的应用方式。当然,我们也在研究BioZEment的其他商业应用可能性。”

研究人员表示,现在讨论这种生物水泥在质量方面的表现还为时过早。

Balzer Le说:“BioZEment不可能像传统混凝土那样坚固,但它的强度足以支撑大多数应用场景。有许多潜在的方法可以使BioZEment变得更加坚固,例如添加铝或木材纤维。此外,BioZEment具有良好的循环利用性,这将大大减少原材料的消耗。”

来源:挪威科技大学