Questo articolo dietro le quinte è stato fornito a LiveScience in collaborazione con la National Science Foundation.
Se vuoi cucinare del cemento ecologico, mescola solo due tazze di calcare granulato da giardino, una tazza di scorie di altoforno granulato macinato e tre cucchiai di carbonato di sodio (cioè carbonato di sodio). Ciò che ne risulta è un'alternativa forte, sostenibile ed economica al normale cemento di Portland (OPC), leader del settore nel cemento. I ricercatori del gruppo Michel Barsoum dell'Università di Drexel hanno elaborato questa tecnologia apparentemente nuova negli ultimi anni, ma le sue origini risalgono a molto più lontano di quanto si possa immaginare.
Alle Grandi Piramidi d'Egitto, infatti. Il gruppo di Barsoum aveva condotto ricerche che sembravano dimostrare che alcune delle pietre nelle piramidi venivano gettate usando una prima forma di cemento, piuttosto che scavate nel calcare. Se alcuni dei materiali usati per costruire le piramidi fossero effettivamente fusi e fossero durati per 4.500 anni, perché non usarli nei materiali da costruzione di oggi, si chiedeva?
"L'OPC è responsabile del 5-8 percento del CO mondiale e consuma un'enorme quantità di energia", afferma Alex Moseson, un collega che ora è in testa nel portare l'alternativa di Barsoum al mercato.
Ingredienti del cemento Greenstone
La differenza tra il cemento “Greenstone” creato da Drexel, come viene chiamato, e il normale cemento Portland sta negli ingredienti e nei metodi utilizzati. Greenstone è un cemento attivato agli alcali (AAC) che non richiede riscaldamento quando viene prodotto. Piuttosto, la CAA si basa su ingredienti riciclati che sono prontamente disponibili - principalmente prodotti di scarto del settore che sono già stati riscaldati. Questi includono cenere volante, fuliggine del camino catturata da centrali elettriche a carbone e scorie, che è un sottoprodotto del processo che trasforma il minerale di ferro in ferro.
Di conseguenza, il profilo di impatto ambientale di Greenstone è notevolmente diverso da quello dell'OPC, mostrando il 97 percento in meno di energia consumata e anche CO2 prodotta. Inoltre, la pronta disponibilità di materie prime porta il costo di produzione da $ 75 a tonnellata a circa $ 50 a tonnellata. Con i crediti di carbonio previsti, Greenstone offre un vantaggio aggiuntivo di $ 5- $ 20 per tonnellata.
Ma come si confronta con OPC in termini di prestazioni? "I nostri risultati e la letteratura confermano che si comporta bene o meglio dell'OPC", afferma Barsoum. Il gruppo è vicino a vedere i test del settore superare i test che stabiliscono parametri di riferimento per resistenza, tempo stabilito e stabilità volumetrica.
Altrettanto importante, afferma Moseson, “Abbiamo sempre lavorato per il cemento che funziona nel mondo reale, non solo in laboratorio. Ciò significa stabilità, lavorabilità, indurimento a temperatura ambiente, facilità di trasporto e altro ancora. "
Moseson ha perseguito tale applicazione nel mondo reale mentre si trovava all'IIT Bombay di Mumbai, conducendo ricerche per la sua tesi di laurea. Ha lavorato con ricercatori locali per sviluppare un CAA che soddisfacesse gli standard stabiliti in India per il cemento e ha studiato come la produzione di Greenstone potesse dare potere alle persone che vivono nei bassifondi. Oggi, tre prodotti realizzati con materiali locali, utilizzando strumenti e manodopera locali, sono attualmente all'esame di un importante produttore di cemento.
Il gruppo ha preso Greenstone e ha formato una società, Greenstone Technologies, Inc. Hanno iniziato a pubblicare risultati scientifici sulle loro scoperte nel 2009 e una pubblicazione di novembre 2011 su Compositi di cemento e calcestruzzo discusso del potenziale pratico del cemento verde Drexel. I ricercatori stanno attualmente parlando con investitori e possibili partner. Con la richiesta di vantaggi di riduzione dei costi, riduzione dell'inquinamento e miglioramento delle prestazioni, ci sono ostacoli per la commercializzazione del cemento Drexel? "Le sfide per ottenere questo sul mercato includono la variazione tra le materie prime ... e il tempo necessario per convalidare un nuovo materiale", afferma Moseson. “Sebbene la nostra ricerca ci permetta di compensare le variazioni, sarebbe utile se i trasformatori pensassero alle ceneri volanti e alle scorie come co-prodotti anziché sottoprodotti per aiutare a standardizzare questi materiali per l'uso nel cemento.
“Dobbiamo anche superare le potenti forze di mercato. OPC è un mercato globale di $ 300 miliardi e costruttori e industrie convincenti a usare qualcos'altro sono difficili. Anche convincere la gente che il nostro cemento durerà fino a quando OPC quando sarà nuovo è una sfida. ” Inoltre, il loro prodotto non è brevettabile a causa di una grande quantità di arte nota - o conoscenza pregressa relativa alla tecnologia - fin dagli anni '50, che a volte è un deterrente per gli investitori. Nonostante questi ostacoli, l'interesse per il loro lavoro è in aumento.
È interessante notare che AAC non è completamente nuovo di zecca. Negli anni '50 e '60, una forma di CAA fu utilizzata con successo in alcuni edifici dell'ex Unione Sovietica. Oltre alle Grandi Piramidi d'Egitto, gran parte dell'ispirazione per questa ricerca venne dall'antica Roma. "Tutto quello che i romani costruirono era fatto con ingredienti simili", dice Moseson. "Anche se non sapremo per 2000 anni se i nostri hanno la longevità degli edifici romani, ci dà un'idea del potere di resistenza di queste cose."
Nota dell'editore: I ricercatori descritti negli articoli di Behind the Scenes sono stati supportati dal National Science Foundation, l'agenzia federale incaricata di finanziare la ricerca e l'educazione di base in tutti i campi della scienza e dell'ingegneria. Qualsiasi opinione, risultato e conclusione o raccomandazione espressi in questo materiale sono quelli dell'autore e non riflettono necessariamente le opinioni della National Science Foundation. Vedi il Dietro l'archivio scene.
