Een van de grootste veroorzakers van klimaatverandering ligt recht onder je voeten, en het transformeren ervan zou een krachtige oplossing kunnen zijn om broeikasgassen uit de atmosfeer te houden.

De productie van cement, het bindende element in beton, goed voor 7% van de totale wereldwijde CO2-uitstoot in 2018. Beton is een van de meest gebruikte hulpbronnen op aarde, met een geschatte 26 miljard ton die jaarlijks wereldwijd wordt geproduceerd. Die productie zal naar verwachting de komende twee decennia niet vertragen.

Gezien de omvang van de industrie en de uitstoot van broeikasgassen, technologieën die beton opnieuw kunnen uitvinden, kunnen ingrijpende gevolgen hebben voor de klimaatverandering.

Als ingenieurs die werken aan vraagstukken op het gebied van infrastructuur en constructie, we hebben de volgende generatie betontechnologie ontworpen die de ecologische voetafdruk van de infrastructuur kan verkleinen en de duurzaamheid kan vergroten. Dat is inclusief CO ₂ -geïnfundeerd beton dat het broeikasgas opsluit en sterker en zelfs buigbaar kan zijn.

De industrie is rijp voor dramatische veranderingen, vooral met de belofte van de regering-Biden om groot te investeren in infrastructuurprojecten en tegelijkertijd de Amerikaanse uitstoot te verminderen. Echter, CO . zetten ₂ om op grote schaal in beton te werken op een manier die de uitstoot drastisch vermindert, alle gerelateerde emissies moeten in aanmerking worden genomen.

Beton heroverwegen

Beton bestaat uit aggregaatmaterialen - voornamelijk rotsen en zand - samen met cement en water.

Omdat ongeveer 80% van de ecologische voetafdruk van beton afkomstig is van cement, onderzoekers hebben gewerkt aan het vinden van vervangende materialen.

Industriële bijproducten zoals ijzerslakken en kolenvliegas worden nu vaak gebruikt om de benodigde hoeveelheid cement te verminderen. Het resulterende beton kan door die verandering aanzienlijk lagere emissies hebben. alternatieve bindmiddelen, zoals kalksteen gecalcineerde klei, kan ook het cementgebruik verminderen. Een studie toonde aan dat het gebruik van kalksteen en gecalcineerde klei de uitstoot met ten minste 20% kon verminderen en tegelijkertijd de productiekosten kon verlagen.

Naast het ontwikkelen van gemengde cementen, onderzoekers en bedrijven richten zich op manieren om afgevangen CO . te gebruiken ₂ als ingrediënt in het beton zelf, het opsluiten en voorkomen dat het in de atmosfeer terechtkomt. CO ₂ kan worden toegevoegd in de vorm van toeslagstoffen of tijdens het mengen worden geïnjecteerd. Carbonatatie genezen, ook bekend als CO ₂ genezen, kan ook worden gebruikt nadat het beton is gestort.

Deze processen zetten CO ₂ van een gas naar een mineraal, het creëren van vaste carbonaten die ook de sterkte van beton kunnen verbeteren. Dat betekent dat constructies mogelijk minder cement nodig hebben, vermindering van de hoeveelheid gerelateerde emissies. Bedrijven zoals CarbonCure en Solidia hebben technologieën ontwikkeld om deze processen te gebruiken voor beton dat op bouwplaatsen en in prefabbeton wordt gestort, zoals sintelblokken en andere bouwmaterialen.

Aan de Universiteit van Michigan, we werken aan composieten die een buigbaar betonmateriaal produceren dat dunner, minder broze constructies die minder staalwapening nodig hebben, verdere vermindering van de gerelateerde koolstofemissies. Het materiaal kan worden ontworpen om de hoeveelheid CO . te maximaliseren ₂ het kan opslaan door kleinere deeltjes te gebruiken die gemakkelijk reageren met CO ₂ , verandert het in mineraal.

de CO ₂ -gebaseerd buigbaar beton kan worden gebruikt voor algemene gebouwen, water- en energie-infrastructuur, evenals de vervoersinfrastructuur. Buigbaar beton werd gebruikt in de 61 verdiepingen tellende Kitahama-toren in Osaka, Japan, en rijbaanbrugplaten in Ypsilanti, Michigan.

De uitdaging van emissies gedurende de levenscyclus

Deze geavanceerde technologieën kunnen beginnen met het aanpakken van de CO2-voetafdruk van de betonnen infrastructuur, maar er zijn nog steeds barrières.

In een studie gepubliceerd op 8 februari, drie van ons keken naar de levenscyclusemissies van het inbrengen van CO ₂ geconcretiseerd en ontdekten dat schattingen niet altijd rekening hielden met de uitstoot van CO ₂ vastlegging, vervoer en gebruik. Met collega's, we kwamen met strategieën om ervoor te zorgen dat carbon curing een sterk emissievoordeel heeft.

Algemeen, we raden aan om een ​​standaard CO . te ontwikkelen ₂ uithardingsprotocol. Labexperimenten laten zien dat CO ₂ uitharding kan de sterkte en duurzaamheid van beton verbeteren, maar de resultaten variëren met specifieke uithardingsprocedures en betonmengsels. Onderzoek kan de omstandigheden en de timing van stappen in het uithardingsproces verbeteren om de prestaties van beton te verbeteren. Elektriciteitsgebruik - de grootste emissiebron tijdens het uitharden - kan ook worden verminderd door het proces te stroomlijnen en mogelijk door gebruik te maken van restwarmte.

Geavanceerde betonmixen, buigzaam beton in het bijzonder, beginnen deze problemen al aan te pakken door de duurzaamheid te vergroten.

Infrastructuur en klimaatbeleid samenvoegen

in 2020, een groot aantal bedrijven kondigde stappen aan om hun uitstoot te verminderen. Echter, investerings- en inkoopbeleid van de overheid zijn nog steeds nodig om de bouwsector te transformeren.

Lokale overheden zetten de eerste stappen. "Low embodied carbon concrete" regels en projecten om de hoeveelheid cement in beton te verminderen zijn in het hele land opgedoken, waaronder in Marin County, Californië; Hastings-on-Hudson, New York; en een stoeppiloot in Portland, Oregon.

In New York en New Jersey, wetgevers hebben beleid op staatsniveau voorgesteld dat prijskortingen in het biedproces zou bieden aan voorstellen met de laagste emissies van beton. Dit beleid zou kunnen dienen als blauwdruk voor het verminderen van de koolstofemissies van betonproductie en andere bouwmaterialen.

Nationaal, de afbrokkeling van de federaal beheerde infrastructuur is een gestaag groeiende crisis. De regering-Biden zou die problemen kunnen gaan aanpakken, evenals klimaatverandering, en banen creëren door middel van een strategisch infrastructuurprogramma.

Minister van Transport Pete Buttigieg verklaarde onlangs dat er "enorme kansen zijn voor het scheppen van banen, gelijkheid en klimaatprestaties als het gaat om het bevorderen van de Amerikaanse infrastructuur." Beleid dat koolstofarm beton verheft tot een landelijke klimaatoplossing zou kunnen volgen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.