Благодарение на ново проучване е открит начин производството на цимент да се стане по-устойчиво, като се намалят свързаните с него емисии на парникови газове. Това е важно, тъй като циментовата промишленост е причина за около 8 % от световните емисии на въглероден диоксид. За тази цел Джеймс Тур, химик в лабораторията на Райс, създава техника за отстраняване на опасни тежки метали от въглищната пепел – страничен продукт от електроцентралите на въглища, който се използва в бетонните смеси. Пречистената летяща въглищна пепел намалява количеството на необходимия цимент и подобрява качеството на бетона.
Проучването показва, че замяната на 30 % от цимента в бетона с чиста летяща пепел от въглища го прави 51 % по-здрав и 28 % по-гъвкав, освен това се намаляват емисиите на парникови газове с 30 % и емисиите на тежки метали с 41 %. Изследователите са използвали така нареченото „джаулово нагряване“, бърз и безводен процес, за да отстранят до 90 % от тежките метали във въглищната летяща пепел, което я прави по-подходяща за инфраструктурни приложения.
Процесът включва смесване на летяща пепел със сажди, което прави сместа проводима при поставянето ѝ между два електрода и подаване на кратък токов импулс. По този начин температурата се повишава до около 3 000°C , което кара тежките метали да се изпарят и да бъдат уловени. Ефективността на отстраняване на различни тежки метали варира между 70 % и 90 % само за една секунда.
Джуловото нагряване работи при различни състави на въглищна пепел, независимо от географския произход на въглищата. Методът е ефективен за летяща въглищна пепел от класове С и F и други опасни отпадъци като червена кал или бокситни остатъци, което предполага потенциал за широкомащабно обеззаразяване на твърди промишлени отпадъци.
Чистата летяща въглищна пепел е полезна за околната среда и прави бетона по-здрав и издръжлив. Когато 30 % от цимента в бетона се замени с чиста летяща въглищна пепел, якостта на натиск и модулът на еластичност на материала се повишават значително. Това е важно за строителното инженерство и строителната индустрия, тъй като могат да се изграждат по-здрави конструкции с използване на по-малко цимент.
Процесът позволява също така изпарените тежки метали да се поставят във вакуумна камера, за да не попаднат в околната среда. Освен това енергията, консумирана по време на процеса, е сравнително ниска – около 532 киловата на тон. Анализът на жизнения цикъл показва, че от отпадъчните материали може да се извлече стойност.
Изследването е голяма победа за околната среда, тъй като намалява замърсяването, без да се отделят тежки метали. Можете да се запознаете с проучването в списание Communications Engineering.