Επιστήμονες στην Ινδία αναζητούν έναν νέο τρόπο για να περιορίσουν το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του σκυροδέματος, αξιοποιώντας παράλληλα ανθρώπινα απόβλητα. Ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον πολιτικό μηχανικό Ραγκουβές Τιβάρι από το Manipal University Jaipur διαπίστωσε ότι υλικό που προέρχεται από επεξεργασμένη ύλη κοπράνων μπορεί να αντικαταστήσει μέρος του τσιμέντου και, στις κατάλληλες αναλογίες, να αυξήσει ακόμη και την αντοχή του σκυροδέματος.
Η μελέτη έχει γίνει δεκτή προς δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Scientific Reports.
Από τα λύματα σε ένα λεπτόκοκκο υλικό
Οι ερευνητές δεν χρησιμοποίησαν ανθρώπινα περιττώματα απευθείας στο σκυρόδεμα. Προμηθεύτηκαν από μονάδα επεξεργασίας λυμάτων στην πόλη Βαρανγκάλ της Ινδίας biochar, ένα πλούσιο σε άνθρακα υλικό που είχε παραχθεί από ύλη κοπράνων.
Για την παραγωγή του, η ύλη αρχικά ξηραίνεται και στη συνέχεια θερμαίνεται σε περιβάλλον με περιορισμένο οξυγόνο, σε θερμοκρασίες μεταξύ 350 και 450 βαθμών Κελσίου. Το υλικό που προκύπτει αλέθεται και μετατρέπεται σε λεπτή σκόνη.
Οι επιστήμονες αντικατέστησαν με αυτήν διαφορετικές ποσότητες τσιμέντου – 5%, 10% και 15% – και στη συνέχεια εξέτασαν την αντοχή, την απορρόφηση νερού, το πορώδες και τη συρρίκνωση των διαφορετικών μειγμάτων.
Έως 42% μεγαλύτερη αντοχή
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη μικρής ποσότητας biochar μπορούσε όχι μόνο να διατηρήσει αλλά και να ενισχύσει τις μηχανικές ιδιότητες του σκυροδέματος.
Η σύνθεση με 5% biochar παρουσίασε συνολικά τις καλύτερες επιδόσεις. Έπειτα από 91 ημέρες ωρίμανσης καταγράφηκε κατά μέσο όρο 20% αύξηση στη θλιπτική αντοχή και 36% στην καμπτική αντοχή.
Ακόμη μεγαλύτερη βελτίωση σε συγκεκριμένες μετρήσεις εμφάνισε το μείγμα με 10% αντικατάσταση του τσιμέντου, φτάνοντας σε αύξηση 21% στη θλιπτική και 42% στην καμπτική αντοχή.
Αντίθετα, όταν το ποσοστό ανέβηκε στο 15%, οι επιδόσεις υποχώρησαν σε σχέση με τα μείγματα 5% και 10%, δείχνοντας ότι υπάρχει όριο στην ποσότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά.
Γιατί γίνεται ισχυρότερο
Οι επιστήμονες αποδίδουν το αποτέλεσμα σε έναν συνδυασμό ιδιοτήτων του biochar. Η πορώδης δομή του συγκρατεί νερό και το απελευθερώνει σταδιακά κατά την ωρίμανση του σκυροδέματος, λειτουργώντας ουσιαστικά σαν ένα σύστημα μικροσκοπικών «δεξαμενών».
Παράλληλα, το υλικό περιέχει πυρίτιο, το οποίο συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις που συμβάλλουν στον σχηματισμό ενώσεων σημαντικών για την αντοχή του σκυροδέματος. Τα πολύ μικρά σωματίδιά του γεμίζουν επίσης κενά στο εσωτερικό του υλικού, δημιουργώντας πυκνότερη δομή.
Δεν είναι ακόμη έτοιμο για τα κτίρια
Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, οι ερευνητές επισημαίνουν ότι απαιτούνται περισσότερες δοκιμές πριν εξεταστεί η χρήση του συγκεκριμένου σκυροδέματος σε πραγματικές κατασκευές. Μεταξύ άλλων πρέπει να μελετηθεί η συμπεριφορά του σε ακραίες θερμοκρασίες, υψηλή αλατότητα και διαδοχικούς κύκλους παγετού και απόψυξης.
Ανοιχτό παραμένει επίσης το ζήτημα των βαρέων μετάλλων που μπορεί να υπάρχουν στην ιλύ και κατά πόσο αυτά παραμένουν εγκλωβισμένα στο σκυρόδεμα σε βάθος χρόνου. Επιπλέον, η συγκεκριμένη έρευνα δεν υπολόγισε ακόμη πόσο θα μπορούσε η μέθοδος να μειώσει συνολικά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
Εφόσον όμως επιβεβαιωθεί η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητά της, η αντικατάσταση ακόμη και ενός μικρού μέρους του τσιμέντου με biochar από ανθρώπινα απόβλητα θα μπορούσε να προσφέρει ταυτόχρονα έναν νέο τρόπο αξιοποίησης λυμάτων και περιορισμού της κατανάλωσης τσιμέντου, η παραγωγή του οποίου έχει σημαντικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα.
