Ifølge en ny undersøgelse kunne kun en af betons hovedingredienser udskiftes med vulkansk sten.
Beton har givet os Pantheon i Rom, Sydney Opera House, Hoover Dam og utallige blokerede monolitter. Den kunstige sten tæpper vores byer og veje, ligger til grund for vindmølleparker og solpanelarrays - og vil blive hældt i ton i infrastrukturprojekter understøttet af COVID-genopretningsinvesteringer i USA og i udlandet.
Det har dog en stejl pris for bestræbelserne på at bekæmpe klimaændringer, fordi cement- det bindende element, der er blandet med sand, grus og vand for at fremstille beton - er blandt de største industrielle bidragydere til global opvarmning.
"Beton er allestedsnærværende, fordi det er et af de mest overkommelige byggematerialer, det er let at manipulere og kan støbes i næsten enhver form," siger Tiziana Vanorio, lektor i geofysik ved Stanford University.
Men produktion af cement frigør så meget som 8% af den årlige kuldioxidemission relateret til menneskelig aktivitet, og efterspørgslen forventes at stige i de kommende årtier, da urbanisering og økonomisk udvikling driver opførelse af nye bygninger og infrastruktur.
”Hvis vi trækker ned kulstofemissionerne til de niveauer, der er nødvendige for at afværge katastrofale klimaforandringer, er vi nødt til at ændre den måde, vi fremstiller cement på,” siger Vanorio.
Koralrev, hummerskaller og mantisrejer
Beton er CO2 problemet starter med kalksten, en sten, der primært er lavet af calciumcarbonat. For at fremstille Portland-cement - den pastaagtige hovedingrediens i moderne beton - udvindes, knuses og bages kalksten ved høj varme med ler og små mængder andre materialer i kæmpe ovne. Generering af denne varme indebærer normalt afbrænding af kul eller andre fossile brændstoffer, der tegner sig for mere end en tredjedel af kulstofemissionerne forbundet med beton.
Varmen udløser en kemisk reaktion, der giver grå klumper i marmor, kendt som klinker, som derefter formales i det fine pulver, vi genkender som cement. Reaktionen frigiver også kulstof, der ellers kunne forblive låst i kalksten i hundreder af millioner af år. Dette trin bidrager med det meste af den resterende CO2 emissioner fra produktion af beton.
Vanorio og kolleger prototyperer nu cement, der eliminerer CO2-belemmende kemisk reaktion ved at lave klinker med en vulkansk rock der indeholder alle de nødvendige byggesten, men ingen af kulstoffet.
Som det mest anvendte byggemateriale på planeten har beton længe været et mål for genopfindelse. Forskere og virksomheder har fundet inspiration til nye opskrifter i koralrev, hummerskaller og de hammerlignende klubber i mantis rejer. Andre erstatter delvist klinker med industriaffald som flyveaske fra kulanlæg eller injicerer fanget kuldioxid i blandingen som en måde at mindske betonens klimapåvirkning på.
Præsident Joe Biden har opfordret til at udvide kulstofopsamling og anvendelse af brintbrændstof til cementfremstilling for at hjælpe med at halvere amerikanske drivhusgasemissioner fra 2005-niveauet inden 2030.
Spring kalksten over
Vanorio foreslår at gøre helt op med kalksten og i stedet starte med en klippe, der kunne blive brudt i mange vulkanske regioner rundt om i verden. ”Vi kan tage denne sten, male den og derefter opvarme den til at producere klinker ved hjælp af det samme udstyr og den infrastruktur, der i øjeblikket bruges til at fremstille klinker af kalksten,” siger hun.
Varmt vand blandet med denne lav-kulstof-klinker omdanner det ikke kun til cement, men fremmer også væksten af lange, sammenflettede kæder af molekyler, der ligner sammenfiltrede fibre, når de ses under et mikroskop. Lignende strukturer findes i klipper, der er naturligt cementeret i hydrotermiske omgivelser - steder, hvor varmt skoldende vand cirkulerer lige under jorden - og i romerske betonhavne, der har overlevet 2,000 års angreb fra ætsende saltvand og stødbølger, hvor moderne beton typisk ville smuldre inden for årtier.
Ligesom armeringsjern, der almindeligvis bruges i moderne betonkonstruktioner for at forhindre revner, bekæmper disse små mineralfibre materialets sædvanlige sprødhed.
”Beton kan ikke lide at blive strakt. Uden en eller anden form for forstærkning vil den bryde, før den bøjes under stress, ”siger Vanorio, seniorforfatter af nylige artikler om mikrostrukturer i romersk havbeton og om rollen som stenfysik i overgangen til en fremtid med lavt kulstofindhold. Mest beton er nu forstærket i stor skala ved hjælp af stål.
"Vores idé er at forstærke det på nanoskala ved at lære, hvordan fibrøse mikrostrukturer effektivt forstærker klipper og de naturlige forhold, der producerer dem," siger hun.
Lektioner i helbredelse og modstandsdygtighed
Processen, Vanorio forestiller sig til transformation vulkansk rock i beton ligner den måde, hvorpå sten klipper cement i hydrotermiske miljøer. Ofte fundet omkring vulkaner og over aktive tektoniske pladegrænser, giver hydrotermiske forhold klipper mulighed for hurtigt at reagere og rekombineres ved temperaturer, der ikke er varmere end en hjemmeovn, ved hjælp af vand som et stærkt opløsningsmiddel.
Ligesom helbredende hud cementerer revner og fejl i Jordens yderste lag sammen over tid gennem reaktioner mellem mineraler og varmt vand. ”Naturen har været en stor inspirationskilde for innovative materialer, der efterligner det biologiske liv,” siger Vanorio. "Vi kan også hente inspiration fra jordprocesser, der muliggør heling og beskadiger modstandsdygtighed."
Fra mursten og smedet metal til glas og plast har folk længe lavet materialer ved hjælp af de samme kræfter, der driver Jordens klippecyklus: varme, tryk og vand. Talrige arkæologiske og mineralogiske undersøgelser indikerer, at gamle romere måske har lært at udnytte vulkansk aske til den tidligste kendte betonopskrift ved at se den hærde, når den blandes naturligt med vand.
"I dag har vi muligheden for at observere cementering med linsen fra det 21. århundredes teknologi og viden om miljøpåvirkninger," siger Vanorio.
Vanorio gik sammen med professor i materialevidenskab og teknik Alberto Salleo for at gå ud over at efterligne geologi for at manipulere dens processer for specifikke resultater og mekaniske egenskaber ved hjælp af nanoskala-teknik. ”Det bliver mere og mere tydeligt, at cement kan konstrueres i nanoskala og også skal undersøges i den skala,” siger Salleo.
Omfavne betonfejl
Mange af cementens egenskaber afhænger af små defekter og på styrken af båndene mellem de forskellige komponenter, siger Salleo. De små fibre, der vokser og fletter sammen under cementering af pulveriserede klipper, fungerer som stramning af reb og giver styrke. ”Vi kan godt lide at sige, at materialer er som mennesker: det er manglerne i dem, der gør dem interessante,” siger han.
I 2019 fik en vedvarende nysgerrighed omkring den gamle beton, han havde set blandt ruinerne som barn, der voksede op i Rom, Salleo til at nå ud til Vanorio, hvis egen rejse ind i klippefysik begyndte efter at have oplevet dynamikken i jordskorpen i løbet af sin barndom i en napolitansk havneby i centrum af en caldera, hvor romersk beton først blev konstrueret.
Siden da er Salleo kommet til at se arbejde på en lav-kulstof-klinker inspireret af geologiske processer som en logisk pasform med hans gruppes projekter relateret til bæredygtighed, såsom billige solceller baseret på plastmaterialer og elektrokemiske enheder til energilagring.
”At tænke på en klinker med lavt kulstofindhold er en anden måde at reducere den mængde CO2, som vi sender ud i atmosfæren,” siger han. Men det er kun begyndelsen. ”Jorden er et gigantisk laboratorium, hvor materialer blandes ved høje temperaturer og høje tryk. Hvem ved, hvor mange andre interessante og i sidste ende nyttige strukturer derude? ”
kilde: Stanford University
Relaterede bøger
Nedtrapning: Den mest omfattende plan, der nogensinde er blevet foreslået til at vende global opvarmning
af Paul Hawken og Tom Steyer
I lyset af udbredt frygt og apati er en international koalition af forskere, fagfolk og forskere mødtes for at tilbyde et sæt realistiske og dristige løsninger på klimaforandringer. Hundrede teknikker og fremgangsmåder er beskrevet her - nogle er velkendte; nogle du måske aldrig har hørt om. De spænder fra ren energi til at uddanne piger i lande med lavere indkomst til praksis i landbruget, der trækker kulstof ud af luften. Løsningerne findes, er økonomisk levedygtige, og samfund overalt i verden vedtager i øjeblikket dem med dygtighed og beslutsomhed. Fås på Amazon
Design af klimaløsninger: En politikvejledning til lav-kulstofenergi
af Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Da virkningerne af klimaændringerne allerede er over os, er behovet for at reducere de globale drivhusgasemissioner intet mindre end presserende. Det er en skræmmende udfordring, men teknologierne og strategierne til at imødekomme den findes i dag. Et lille sæt energipolitikker, der er designet og implementeret godt, kan sætte os på vejen mod en fremtid med lav kulstofemission. Energisystemer er store og komplekse, så energipolitikken skal være fokuseret og omkostningseffektiv. One-size-fits-all-tilgange får simpelthen ikke jobbet gjort. Politiske beslutningstagere har brug for en klar, omfattende ressource, der skitserer de energipolitikker, der har størst indflydelse på vores klimafremtid, og beskriver, hvordan disse politikker skal designes godt. Fås på Amazon
Dette ændrer alt: kapitalisme vs. klima
af Naomi Klein
In Dette ændrer alt Naomi Klein hævder, at klimaforandringer ikke kun er et andet spørgsmål, der skal indbringes pænt mellem skatter og sundhedsvæsen. Det er en alarm, der opfordrer os til at løse et økonomisk system, der allerede svigter os på mange måder. Klein bygger omhyggeligt sagen for, hvor massivt at reducere vores drivhusemissioner er vores bedste chance for samtidig at mindske gabende uligheder, forestille os vores ødelagte demokratier og genopbygge vores slanke lokale økonomier. Hun udsætter den ideologiske desperation af klimaændringsnægterne, de messianske vrangforestillinger fra de ville være geoengineers og den tragiske nederlag fra for mange mainstream grønne initiativer. Og hun demonstrerer netop, hvorfor markedet ikke har - og ikke kan - løse klimakrisen, men i stedet forværre tingene med stadig mere ekstreme og økologisk ødelæggende udvindingsmetoder ledsaget af voldsom katastrofekapitalisme. Fås på Amazon
Fra udgiveren:
Køb på Amazon går til at bekæmpe omkostningerne ved at bringe dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, ClimateImpactNews.com uden omkostninger og uden annoncører, der sporer dine browservaner. Selv hvis du klikker på et link, men ikke køber disse valgte produkter, betaler alt andet, du køber i det samme besøg på Amazon, en lille provision. Der er ingen ekstra omkostninger for dig, så vær venlig at bidrage til indsatsen. Du kan også bruge dette link at bruge til Amazon når som helst, så du kan hjælpe med at støtte vores indsats.
Denne artikel blev oprindeligt vist på Futurity
