Tim indijskih znanstvenika razvio je novu smjesu betona u kojoj se dio cementa zamjenjuje biougljenom dobivenim iz mulja ljudskog podrijetla. Studija, objavljena 5. rujna u časopisu Scientific Reports, temelji se na ispitivanju materijala izrađenog od otpadnih voda prikupljenih u postrojenju za obradu fekalnog mulja u gradu Warangalu u državi Telangani u središnjoj Indiji.
Proizvodnja klasičnog cementa – jedne od ključnih komponenti betona – zahtijeva zagrijavanje i preradu vapnenca, što je jedan od glavnih izvora emisija ugljikova dioksida u svijetu.
Kako bi ublažili taj problem i istovremeno ponudili rješenje za zbrinjavanje otpada, istraživači su prikupljeni mulj prvo osušili, a zatim ga podvrgnuli procesu pirolize na temperaturama između 350 i 450 °C u okruženju s niskim udjelom kisika. Dobiveni biougljen potom je samljeven u fini prah te upotrijebljen kao zamjena za 5, 10 i 15 posto cementa u standardnim betonskim smjesama.
Kemijske reakcije očvršćivanja
Autori studije tvrde da dodavanje ovog materijala u smjesu “dovodi do značajnih poboljšanja svojstava betona“. Laboratorijska ispitivanja pokazala su da smjesa u kojoj je 5% cementa zamijenjeno biougljenom postiže najbolju opću čvrstoću, smanjenu poroznost te manje upijanje vode i skupljanje pri sušenju u usporedbi s konvencionalnim betonom.
Nakon 91 dana stvrdnjavanja, ta je varijanta zabilježila povećanje tlačna čvrstoće za 20% te savojne čvrstoće za 36%. Kod zamjene 10% cementa izmjereni su još izraženiji rezultati: tlačna čvrstoća porasla je za 21%, dok je savojna čvrstoća skočila za 42%.
Istraživači objašnjavaju da je povećana čvrstoća rezultat nekoliko povezanih procesa. Biougljen je izrazito porozan te djeluje poput mikrospremnika koji zadržavaju vodu i postupno je oslobađaju tijekom vezivanja, čime se održavaju kemijske reakcije potrebne za očvršćivanje. Osim toga, biougljen je bogat silicijevim dioksidom koji reagira sa spojevima cementa stvarajući kalcijeve silikate – što je pojava analogna reakcijama u drevnom rimskom betonu.
Slijede dodatna testiranja
Fino mljevene čestice ujedno popunjavaju praznine u smjesi, što je mikroskopskom analizom potvrđeno kroz gušću strukturu kod smjesa s manjim udjelom biougljena. S druge strane, udio od 15% zamjenskog materijala pokazao je znatno slabije performanse i narušenu strukturu s više pukotina.
Unatoč obećavajućim rezultatima, autori ističu da su potrebna dodatna testiranja prije nego što se ovaj materijal počne primjenjivati u građevinskom sektoru. Tek predstoji procjena ponašanja materijala u realnim uvjetima, poput ciklusa smrzavanja i odmrzavanja, izloženosti soli i ekstremnim temperaturama, kao i analiza dugoročnog zadržavanja teških metala koji se uobičajeno nakupljaju u otpadnom mulju.