Dit artikel achter de schermen is in samenwerking met de National Science Foundation aan WordsSideKick.com geleverd.
Als je wat milieuvriendelijk cement wilt bereiden, meng dan gewoon twee kopjes gegranuleerde tuinkalksteen, een kopje gemalen gegranuleerde hoogovenslakken en drie eetlepels natriumcarbonaat (d.w.z. natriumcarbonaat). Het resultaat is een sterk, duurzaam en economisch alternatief voor gewoon Portland-cement (OPC), de marktleider in cement. Onderzoekers in de groep van Michel Barsoum aan de Drexel University hebben de afgelopen jaren deze schijnbaar nieuwe technologie bedacht, maar de oorsprong ervan gaat veel verder terug dan men zou denken.
In feite naar de Grote Piramiden van Egypte. De groep van Barsoum had onderzoek gedaan dat leek te bewijzen dat sommige stenen in de piramides waren gegoten met een vroege vorm van cement, in plaats van uit kalksteen gehouwen. Als sommige materialen die zijn gebruikt om de piramides te bouwen inderdaad zijn gegoten en 4,500 jaar hebben geduurd, waarom zou je ze dan niet gebruiken in de huidige bouwmaterialen, vroeg hij zich af?
"OPC is verantwoordelijk voor 5 tot 8 procent van de CO van de wereld en verbruikt enorm veel energie", zegt Alex Moseson, een collega die nu het voortouw neemt bij het op de markt brengen van het alternatief van Barsoum.
Greenstone cementingrediënten
Het verschil tussen het door Drexel gecreëerde “Greenstone” -cement, zoals het wordt genoemd, en het gewone Portland-cement zit in de gebruikte ingrediënten en methoden. Greenstone is een door alkali geactiveerd cement (AAC) dat bij verwarming niet hoeft te worden verwarmd. De AAC vertrouwt eerder op gerecyclede ingrediënten die gemakkelijk verkrijgbaar zijn - meestal industriële afvalproducten die al zijn verwarmd. Deze omvatten vliegas, schoorsteenroet dat is gevangen in kolencentrales en slakken, wat een bijproduct is van het proces dat ijzererts omzet in ijzer.
Als gevolg hiervan is het milieu-impactprofiel van Greenstone dramatisch anders dan dat van OPC, met 97 procent minder energieverbruik en ook CO2-uitstoot. Bovendien brengt de gemakkelijke beschikbaarheid van grondstoffen de productiekosten van 75 dollar per ton tot ongeveer 50 dollar per ton. Met verwachte koolstofkredieten levert Greenstone een extra voordeel van $ 5- $ 20 per ton op.
Maar hoe verhoudt het zich tot OPC in prestaties? "Onze resultaten en de literatuur bevestigen dat het even goed of beter presteert dan OPC", zegt Barsoum. De groep staat dicht bij het zien van de cementtests in de industrie die maatstaven stellen voor sterkte, tijd en volumetrische stabiliteit.
Even belangrijk, zegt Moseson: 'We hebben altijd gewerkt aan cement dat werkt in de echte wereld, niet alleen in het laboratorium. Dat betekent houdbaarheid, verwerkbaarheid, uitharding bij kamertemperatuur, gemakkelijk transport en meer. ”
Moseson streefde naar een dergelijke toepassing in de echte wereld terwijl hij bij IIT Bombay in Mumbai onderzoek deed voor zijn proefschrift. Hij werkte samen met lokale onderzoekers om een OC te ontwikkelen die voldeed aan de in India vastgestelde normen voor cement en onderzocht hoe de productie van Greenstone mensen in sloppenwijken zou kunnen versterken. Tegenwoordig worden drie producten gemaakt van lokale materialen, met gebruikmaking van lokaal gereedschap en arbeidskrachten, momenteel overwogen door een grote cementfabrikant daar.
De groep heeft Greenstone overgenomen en een bedrijf opgericht, Greenstone Technologies, Inc. Ze begonnen in 2009 met het publiceren van wetenschappelijke resultaten over hun bevindingen en een publicatie in november 2011 in Cement en betoncomposieten besprak het praktische potentieel van Drexel groen cement. De onderzoekers praten momenteel met investeerders en mogelijke partners. Met de claim op voordelen van lagere kosten, verminderde vervuiling en verbeterde prestaties, zijn er belemmeringen om het Drexel-cement op de markt te brengen? "De uitdagingen om dit op de markt te brengen, zijn onder meer de variatie tussen de grondstoffen ... en de tijd die nodig is om een nieuw materiaal te valideren", zegt Moseson. “Hoewel ons onderzoek ons in staat stelt variatie te compenseren, zou het helpen als verwerkers vliegas en slakken als bijproducten zien in plaats van bijproducten om deze materialen te helpen standaardiseren voor gebruik in het cement.
“We moeten ook sterke marktkrachten overwinnen. OPC is een wereldwijde markt van $ 300 miljard en het overtuigen van bouwers en industrieën om iets anders te gebruiken is moeilijk. Mensen ervan overtuigen dat ons cement net zo lang meegaat als OPC als het nieuwer is, is ook een uitdaging. ” Bovendien is hun product niet octrooieerbaar vanwege een groot aantal stand van de techniek - of voorkennis met betrekking tot de technologie - al in de jaren 50, wat soms een afschrikmiddel is voor investeerders. Ondanks deze hindernissen neemt de belangstelling voor hun werk toe.
Interessant is dat AAC niet helemaal nieuw is. In de jaren vijftig en zestig werd in sommige gebouwen in de voormalige Sovjet-Unie met succes een vorm van AAC toegepast. Naast de Grote Piramiden van Egypte kwam veel inspiratie voor dit onderzoek uit het oude Rome. 'Alles wat de Romeinen bouwden, was gemaakt van vergelijkbare ingrediënten', zegt Moseson. "Hoewel we gedurende 2000 jaar niet zullen weten of de onze de levensduur van Romeinse gebouwen hebben, geeft het ons een idee van de blijvende kracht van dit spul."
Opmerking van de uitgever: De onderzoekers afgebeeld in Behind the Scenes-artikelen zijn ondersteund door de Nationale Wetenschaps Instituut, de federale instantie belast met de financiering van fundamenteel onderzoek en onderwijs op alle gebieden van wetenschap en techniek. Alle meningen, bevindingen en conclusies of aanbevelingen in dit materiaal zijn die van de auteur en weerspiegelen niet noodzakelijk de opvattingen van de National Science Foundation. Zie de Archief achter de schermen.
