Изследователи установиха, че морската вода и въглеродният диоксид могат да бъдат превърнати в твърд строителен материал, който съхранява повече въглерод, отколкото е необходимо за производството му. Това откритие преобразува основната строителна съставка като възможен климатичен актив, особено там, където тежката промишленост вече се среща с брега.

Вътре в настолен реактор морската вода е довела до образуването на бледи, подобни на пясък зърна, които биха могли да заменят добивания агрегат в бетона.

Работейки с колеги от Северозападния университет, Алесандро Рота Лория демонстрира, че материалът може да се отглежда директно от тази контролирана химическа среда. Твърдите вещества не се появяват само в една форма, а могат да се появят или като насипни прахове в разтвор, или като зърна, вградени в електрод.

Тази гъвкавост зависи от тесен химичен баланс, което поставя по-задълбочен въпрос за това как материалът се променя при различни условия.

Как протича реакцията?

След като електричеството започне да се движи през морската вода, водата се разделя и произвежда хидроксидни йони, заредени частици, които правят близката вода по-малко киселинна. В същото време барботирането на въглероден диоксид през морската вода създава бикарбонатни йони, разтворени въглеродни съединения, които са готови да образуват минерали.

Тези съставки се срещат с калций и магнезий в морската вода и се втвърдяват в калциев карбонат, минерала, който се намира във варовика и черупките, плюс богато на магнезий твърдо вещество. Водородът напуска същата реакция, давайки на системата втори продукт, който би могъл да помогне за покриване на процеса.

Малки промени в напрежението и тока, потока на въглероден диоксид и циркулацията на водата са довели до образуването на частици, вариращи от ефирни люспи до плътни зърна. При някои условия твърдите вещества са се прилепвали към електрода, докато при други водородни мехурчета са ги изхвърляли в разтвор.

„Показахме, че когато генерираме тези материали, можем напълно да контролираме техните свойства, като химичния състав, размера, формата и порьозността им“, казва Рота Лория.

Тази степен на контрол е важна, защото бетонът, мазилката и пълнителите изискват различни размери на частиците, плътности и отворени пространства.

Защо пясъкът е важен в случая?

Типичната бетонна смес разчита на агрегати – пясък и чакъл, които добавят обем – за приблизително 60 до 75 процента от обема си. Заместването на част от тази маса с материал, отгледан в реактор, може да намали търсенето на пясък, добит от реки, брегове и морско дъно. Тъй като частиците, отгледани в реактор, могат да се образуват като прахове или по-големи зърна, същият химичен състав може да служи за няколко строителни продукта. Това превръща уловения въглерод в нещо, от което производителите вече се нуждаят в огромни количества, което е много по-полезно от самото му заравяне.

В най-добрите смеси продуктът става въглеродноотрицателен, съхранявайки повече въглероден диоксид, отколкото процесът създава. Смес, разделена поравно между калциев карбонат и богато на магнезий твърдо вещество, може да задържи повече от половината от собственото си тегло във въглероден диоксид. По-късна обработка с карбонизация, реакция, която извлича въглеродния диоксид в твърди вещества, позволява на богатата на магнезий фракция да заключи още повече. Тази допълнителна стъпка променя и самия материал, като измества историята от самото съхранение на въглерод към производителността вътре в структурата.

Анализ на Chatham House от 2018 г. преценява, че производството на цимент възлиза на около 8 процента от световните емисии на въглероден диоксид. За да може този нов материал да намали климатичното натоварване на цимента, електричеството, което го задвижва, ще трябва да остане чисто и сравнително евтино. По-високите напрежения също така предизвикват свързани с хлора химични реакции на положителния електрод, което е напомняне, че индустриалните дизайни трябва внимателно да управляват страничните реакции.

Изследователите все още се нуждаят от по-строги тестове за износване, защото строителните материали се развалят от смилане и удар толкова често, колкото и от компресия. Освен бетона същият добив на минерали може да захранва цимент, мазилка, боя или проекти за реставрация, които се нуждаят от твърди вещества, богати на калций и магнезий.

Тъй като частиците могат да растат върху електрод или да се отделят свободно в разтвор, фабриките биха могли да се насочат към различни вериги за доставки.

Тази гъвкавост на производството може да обясни интереса на индустрията, тъй като улавянето на въглерод оцелява по-дълго, когато се превърне в продаваема съставка. Това, което изглежда като отпадъчен газ в един процес, започва да изглежда като суровина в друг. Морската вода, електричеството и уловеният въглерод вече могат да произвеждат строителни съставки, които съхраняват емисии, заместват добития материал и генерират полезен водород.

Дали идеята ще стане обичайна строителна практика, ще зависи от дизайна на реактора, чистата енергия, цената и твърдите доказателства от по-големи тестове.

Снимка: Unsplash

Виж още: Дните се удължават със скорост, невиждана от 3.6 млн. години – ето защо