Эко-цемент

Эко-Цемент — это торговая марка типа цемента , который включает в себя реактивную магнезию (иногда называемую каустической кальцинированной магнезией или оксидом магния, MgO), другой гидравлический цемент, такой как портландцемент , а также, необязательно, пуццоланы и промышленные побочные продукты для снижения воздействие на окружающую среду по сравнению с обычным цементом. Одной из проблем коммерциализации этого цемента, помимо консерватизма строительной индустрии, является то, что магнезитовое сырье добывается редко.

Энергетические требования

Обычный портландцемент требует температуры в печи около 1450 °C. Для реактивной магнезии в Эко-Цементе требуется более низкая температура печи — 750 °C. ^{[ 1 ]} что снижает потребности в энергии и, следовательно, использование ископаемого топлива и выбросы углекислого газа (CO ₂ ).

CO ₂секвестрация

Эко-цемент схватывается и затвердевает за счет связывания CO ₂ из атмосферы и пригоден для вторичной переработки. Скорость поглощения CO ₂ варьируется в зависимости от степени пористости и количества MgO. Карбонизация сначала происходит быстро, а к завершению — медленнее. Ожидается, что типичный бетонный блок Eco-Cement полностью карбонизируется в течение года.

Утилизация отходов

Эко-цемент способен включать в себя большее количество промышленных отходов в качестве заполнителя, чем портландцемент, поскольку он менее щелочной . Это снижает вероятность щелочно-агрегатных реакций , которые вызывают повреждение затвердевшего бетона. ^{[ 2 ]} Эко-цемент также может быть почти полностью переработан обратно в цемент, если бетонная конструкция устареет.

Экологичный цемент и бетон

Цемент с нулевым выбросом углерода

Чтобы добиться действительно нулевого уровня выбросов CO ₂ и загрязняющих веществ в цемент, исследователи Массачусетского технологического института придумали очень инновационный подход. На рисунке показан процесс производства цемента с использованием этого нового подхода. ^{[ 3 ]} Прежде всего, новый подход может заменить использование ископаемого топлива в процессе отопления электроэнергией из чистых возобновляемых источников. В настоящее время у нас есть много способов получения чистой электроэнергии, таких как солнечные батареи, энергия ветра, ядерная энергия и так далее. Кроме того, во многих регионах возобновляемая электроэнергия является на сегодняшний день самым дешевым источником энергии, и ее стоимость все еще падает. В новом процессе измельченный известняк растворяется в кислоте на одном электроде и выделяет CO ₂ высокой чистоты , а Ca(OH) ₂ осаждается в виде твердого вещества на другом электроде. Сумма электрохимических реакций, происходящих в этом процессе, равна ${\ce {2CaCO3 + 4H2O -> 2Ca(OH)2 + 2H_2 + O_2 + 2CO_2}}$

Затем Ca(OH) ₂ можно переработать на другом этапе для производства цемента. И тогда мы сможем легко улавливать CO ₂ , O ₂ и H ₂ высокой чистоты , полученные в результате этого процесса. высокой чистоты _{CO 2} можно использовать для производства продуктов с добавленной стоимостью, а O ₂ и H ₂ можно использовать для выработки электроэнергии с помощью топливных элементов или камер сгорания. Этот подход также позволяет значительно снизить потребление воды при производстве цемента. При таком подходе половина этой воды будет восстановлена при дегидратации Ca(OH) ₂ . Если бы в качестве топлива печи использовался H ₂ , другая половина воды могла бы конденсироваться из дымовых газов. В принципе, вся вода, используемая для электролиза, может быть переработана. ^{[ 3 ]}

Перезаряжаемая бетонная батарея

Бетон – самый используемый материал. Бетонные здания можно увидеть повсюду вокруг нас. Исследовательская группа профессора Лупина Танга из Технологического университета Чалмерса в Швеции изучает, как использовать бетон для хранения электроэнергии. По сути, они хотят превратить здания в огромные батареи. В настоящее время они успешно разработали первую концепцию аккумуляторной бетонной батареи. ^{[ 4 ]}

Они имитировали конструкцию простой, но прочной батареи Эдисона. Батарея Эдисона, также называемая никель-железной батареей, представляет собой перезаряжаемую батарею, имеющую положительные пластины из оксида никеля (III) и отрицательные железные пластины с электролитом из гидроксида калия. Исследователи добавили в бетон проводящее углеродное волокно вместо электролита. Также исследователи определили, что для аккумуляторных бетонных батарей подходят следующие металлы. В качестве анодных материалов можно использовать Fe и Zn. Оба материала будут восстанавливаться во время зарядки и окисляться во время разрядки. Полуэлементная реакция Fe и Zn следующая: Для железа: ${\ce {Fe(OH)2 + 2e- -> Fe + 2OH- ; E^0= -0.89V}}$ . Для цинка: ${\ce {Zn(OH)4^2- + 2e- -> Zn + 4OH- ; E^0= -1.2V}}$

Оксиды на основе никеля (Ni) могут использоваться в качестве анодных материалов. Реакция полуэлемента оксидов на основе никеля (Ni) следующая: ${\ce {NiOOH + H2O + e- -> Ni(OH)2 + OH- ; E^0= +0.52V}}$

Доказано, что это устройство способно заряжать и разряжать. Однако текущая плотность энергии бетонных батарей значительно ниже, чем у коммерческих батарей. Очевидно, что существует еще много серьезных проблем, которые необходимо решить, прежде чем технология будет коммерциализирована, например, продление срока службы батарей и увеличение плотности энергии конкретных батарей. ^{[ 4 ]}

Сбор термоэлектрической энергии с использованием композитов на основе цемента

Термоэлектрический эффект — это явление, при котором электроны (дырки) в нагретом объекте перемещаются из области с высокой температурой в область с низкой температурой под действием температурного градиента. Оборудование на основе термоэлектрических материалов не выделяет при работе выбросов углекислого газа. Таким образом, широкое использование термоэлектрических цементных конструкций является надежным способом решения экологических проблем. Цементные конструкции на термоэлектрической основе могут собирать энергию из разницы температур между наружной и внутренней поверхностями цементной конструкции в здании.

Обычно цемент демонстрирует небольшое движение электронов из-за наличия проводимости n-типа. Следовательно, при добавлении проводящих добавок p-типа присутствуют движения дырок, что в конечном итоге приводит к развитию электронно-дырочного распределения в цементных композитах. ^{[ 5 ]} Таким образом достигается разность напряжений и генерируется ТЭП. Проводимость матрицы на основе цемента может быть повышена даже при добавлении добавок ниже порога перколяции. В настоящее время сообщается, что добавки, которые можно использовать для улучшения термоэлектрических свойств цементных композитов, включают: (1) бетон, армированный углеродным волокном; (2) композиты из стального волокна; (3) Композиты на основе оксидов металлов. ^{[ 6 ]}

Ссылки

^ Смит, П.: «Архитектура в условиях перемен», стр. 206. Elsevier, 2005, ISBN 0-7506-6544-0
^ Свами, Р.: «Щелочно-кремнеземная реакция в бетоне», стр. 46. Тейлор и Фрэнсис, 1992, ISBN 0-216-92691-2
^ Jump up to: ^а ^б ^с Эллис, Лия Д.; Бадель, Андрес Ф.; Чанг, Мики Л.; Парк, Ричард Дж.-Ю.; Чан, Йет-Мин (16 сентября 2019 г.). «На пути к электрохимическому синтезу цемента — процесс декарбонизации CaCO3 на основе электролизера с получением полезных газовых потоков» . Труды Национальной академии наук . 117 (23): 12584–12591. дои : 10.1073/pnas.1821673116 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 7293631 . ПМИД 31527245 .
^ Jump up to: ^а ^б Чжан, Эмма Циннань; Тан, Лупин (09 марта 2021 г.). «Бетонная аккумуляторная батарея» . Здания . 11 (3): 103. doi : 10.3390/building11030103 . ISSN 2075-5309 .
^ Вэнь, Сихай; Чунг, DDL (апрель 2001 г.). «Влияние добавок на диэлектрическую проницаемость цементного теста» . Исследования цемента и бетона . 31 (4): 673–677. дои : 10.1016/s0008-8846(01)00475-6 . ISSN 0008-8846 .
^ Сингх, вице-президент; Кумар, М.; Шривастава, РС; Вайш, Р. (сентябрь 2021 г.). «Сбор термоэлектрической энергии с использованием композитов на основе цемента: обзор» . Материалы сегодня Энергия . 21 : 100714. doi : 10.1016/j.mtener.2021.100714 . ISSN 2468-6069 .

Дальнейшее чтение

Ву, ХК (1999). Передовые материалы для гражданской инфраструктуры. Наука, механика и приложения . Рутледж.
Дэй, КВ (2006). Проектирование бетонной смеси, контроль качества и спецификация . Кембридж, Вудхед. ISBN 0-419-24330-5 .
Оуэн, Дайер (28 мая 2003 г.). «Камень и наковальня» . Хранитель .

Внешние ссылки

Сегмент новых изобретателей ABC (RealPlayer)
Канал Discovery (Канада) на Eco-Cement (Проигрыватель Windows Media)
Независимая оценка технологии
Альтернатива низкоуглеродному экоцементу : Производство цемента при улавливании углерода из атмосферы, выпуск 127, июль 2008 г.; Проверено 20 июля 2008 г.

[1] Смит, П.: «Архитектура в условиях перемен», стр. 206. Elsevier, 2005, ISBN 0-7506-6544-0

[2] Свами, Р.: «Щелочно-кремнеземная реакция в бетоне», стр. 46. Тейлор и Фрэнсис, 1992, ISBN 0-216-92691-2

[:0-3] Jump up to: ^а ^б ^с Эллис, Лия Д.; Бадель, Андрес Ф.; Чанг, Мики Л.; Парк, Ричард Дж.-Ю.; Чан, Йет-Мин (16 сентября 2019 г.). «На пути к электрохимическому синтезу цемента — процесс декарбонизации CaCO3 на основе электролизера с получением полезных газовых потоков» . Труды Национальной академии наук . 117 (23): 12584–12591. дои : 10.1073/pnas.1821673116 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 7293631 . ПМИД 31527245 .

[:1-4] Jump up to: ^а ^б Чжан, Эмма Циннань; Тан, Лупин (09 марта 2021 г.). «Бетонная аккумуляторная батарея» . Здания . 11 (3): 103. doi : 10.3390/building11030103 . ISSN 2075-5309 .

[5] Вэнь, Сихай; Чунг, DDL (апрель 2001 г.). «Влияние добавок на диэлектрическую проницаемость цементного теста» . Исследования цемента и бетона . 31 (4): 673–677. дои : 10.1016/s0008-8846(01)00475-6 . ISSN 0008-8846 .

[6] Сингх, вице-президент; Кумар, М.; Шривастава, РС; Вайш, Р. (сентябрь 2021 г.). «Сбор термоэлектрической энергии с использованием композитов на основе цемента: обзор» . Материалы сегодня Энергия . 21 : 100714. doi : 10.1016/j.mtener.2021.100714 . ISSN 2468-6069 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

v т и Конкретный
История	Древнеримская архитектура Римская архитектурная революция Римский бетон Римская инженерия Римская технология
Состав	Цемент Алюминат кальция Энергетически модифицированный Портленд Розендейл Вода Водоцементное соотношение Совокупный Армирование Летучая зола Шлак доменный молотый гранулированный Кремнеземный дым Метакаолин
Производство	Растение Бетономешалка Объемный миксер Реверсивный барабанный смеситель Испытание на осадку Тест таблицы расхода Лечение Бетонное покрытие Крышка счетчика Арматура
Строительство	Сборный железобетон Литой на месте Опалубка Подъемно-переставная опалубка Формовка скольжения Стяжка Силовая стяжка Финишер Гриндер Мощность шпатель Насос Плавать Герметик Треми
Наука	Характеристики Долговечность Деградация Воздействие на окружающую среду Переработка Сегрегация Щелочно-кремнеземная реакция
Типы	АстроКрит Армированный волокном Филигрань Мыло Лунаркрит Масса Нанобетон Проницаемый Полированный Полимер Предварительно напряженный Готовая смесь Усиленный Валковое уплотнение Самоконсолидирующийся Самовыравнивающийся сера полосатый полупрозрачный Газированный ААС СЛЕДОВАТЬ
Приложения	Плита вафля пустотелый пустотелый двухосный плита на уклоне Бетонный блок Ступенчатый барьер Дороги Столбцы Структуры
Организации	Американский институт бетона Бетонное общество Институт инженеров-строителей Индийский институт бетона Наноцем Ассоциация портландцемента Международная федерация строительного бетона
Стандарты	Еврокод 2 ЭН 197-1 ЭН 206-1 ЭН 10080
См. также	пенобетон
Категория:Бетон