ساخت نوعی سیمان تجدیدپذیر از زباله‌ها

به گزارش می‌متالز، سیمان یکی از پرکاربردترین مواد روی کره زمین است که حضور غیرقابل انکار آن را در تمام شئون زندگی بشر می‌توان دید. اما این ماده در کنار کارآیی فوق العاده گسترده خود در زندگی ما، عوارض قابل توجهی نیز از خود بجای می‌گذارد. اکنون دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU سنگاپور) روشی را برای تولید بیوسیمان از زباله‌ها کشف کرده اند که می‌تواند جایگزین مناسبی برای سیمان سنتی باشد.

به گزارش فرارو، سیمان زیستی نوعی سیمان تجدید پذیر است که از باکتری‌ها برای ایجاد واکنش سخت شدنی و چسبندگی استفاده می‌کند. دانشمندان سنگاپوری این سیمان را از دو ماده ضایعات رایج یعنی لجن کاربید صنعتی و اوره (از ادرار پستانداران) ساخته اند. آن‌ها برای این کار، روشی برای تشکیل یک جامد سخت یا رسوب از برهمکنش اوره با یون‌های کلسیم در لجن کاربید صنعتی ابداع کردند. هنگامی که این واکنش در خاک رخ می‌دهد، رسوب ذرات خاک را به هم متصل می‌کند و شکاف‌های بین آن‌ها را پر می‌کند و در نتیجه توده فشرده‌ای از خاک ایجاد می‌شود. این فرآیند یک بلوک بیوسیمان تولید می‌کند که قوی، بادوام و نفوذپذیری کمتری دارد.

تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور چو جیان، رئیس دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، در یک مقاله تحقیقاتی که در ۲۲ فوریه ۲۰۲۲ در Journal of Environmental Chemical Engineering منتشر شد، نشان داد که بیوسیمان آن‌ها می‌تواند به طور بالقوه تبدیل به یک روش پایدار و مقرون به صرفه برای بهبود خاک، تقویت زمین برای استفاده در ساخت و ساز یا حفاری، کنترل فرسایش سواحل به جهت استفاده از ماسه، کاهش گرد و غبار یا فرسایش بادی در بیابانها، و ساخت مخازن آب شیرین در سواحل یا در بیابان، باشد. همچنین می‌توان از آن به‌عنوان بیوگروت برای مهر و موم کردن شکاف‌های سنگ برای کنترل نشت آب و حتی برای ترمیم آثار تاریخی مانند کنده‌کاری‌های سنگی و مجسمه‌ها استفاده کرد.

پروفسور چو که همچنین مدیر مرکز راه‌حل‌های شهری دانشگاه NTU است، گفت: «بیوسیمان، جایگزینی پایدار و تجدیدپذیر برای سیمان سنتی است و پتانسیل زیادی برای استفاده در پروژه‌های ساختمانی که نیاز به بهرگیری از زمین دارند، دارد.» فرآیند ساخت سیمان زیستی همچنین به انرژی کمتری نیاز دارد و انتشار کربن کمتری را در مقایسه با روش‌های سنتی تولید سیمان تولید می‌کند.

برای ساخت این نوع سیمان، دانشمندان در ابتدا، لجن کاربید را با یک اسید برای تولید کلسیم محلول تصفیه کردند. سپس اوره به کلسیم محلول اضافه می‌شود تا محلول سیمانی تشکیل شود. سپس تیم یک کشت باکتریایی را به این محلول سیمانی اضافه می‌کند. سپس باکتری‌های حاصل از کشت، اوره را در محلول تجزیه می‌کنند تا یون‌های کربنات تشکیل دهند. این یون‌ها با یون‌های کلسیم محلول در فرآیندی به نام رسوب کلسیت ناشی از میکروب (MICP) واکنش می‌دهند. این واکنش کربنات کلسیم را تشکیل می‌دهد، ماده‌ای سخت و جامد که به طور طبیعی در گچ، سنگ آهک و مرمر یافت می‌شود.

هنگامی که این واکنش در خاک یا ماسه رخ می‌دهد، کربنات کلسیم ایجاد شده، خاک یا ذرات ماسه را به یکدیگر پیوند می‌دهد تا استحکام آن‌ها را افزایش دهد و منافذ بین آن‌ها را پر می‌کند تا نشت آب از طریق مواد کاهش یابد. همین فرآیند را می‌توان در اتصالات سنگی نیز به کار برد که امکان تعمیر کنده کاری‌ها و مجسمه‌های سنگی را فراهم می‌کند. خاک تقویت شده با بیوسیمان دارای استحکام فشاری نامحدود تا ۱.۷ مگا پاسکال (MPa) است که بالاتر از خاک مشابهی است که با استفاده از مقدار معادل سیمان سنتی تقویت شده است.

یکی دیگر از مسائل تولید سیمان سنتی، سوزاندن مواد خام در دما‌های بسیار بالا بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد است، این در حالی است که بیوسیمان در دمای اتاق و بدون سوزاندن چیزی تولید می‌شود و بنابراین فرآیندی سبزتر و ارزان‌تر است. مزیت دیگر روش تیم NTU در فرمولاسیون بیوسیمان این است که هم محلول کشت باکتریایی و هم محلول سیمان سازی بی رنگ هستند؛ بنابراین هنگامی که روی خاک، ماسه یا سنگ اعمال می‌شود، رنگ اصلی آن‌ها حفظ می‌شود. این امر آن را برای بازسازی بنا‌های تاریخی و مصنوعات صخره‌ای قدیمی مفید می‌کند.

منبع: فرارو