Ученые Климатического центра НГУ разработали низкоуглеродные строительные материалы

Новые строительные материалы с низким углеродным следом разработали ученые Климатического центра Новосибирского государственного университета. При производстве этих материалов используются крупнотоннажные техногенные отходы горнодобывающей индустрии, строительной отрасли и энергетики. Здесь находит применение минеральное сырье, полученное в результате сноса зданий и сооружений, отвалы с карьеров и шахт по добыче полезных ископаемых, металлургические шлаки, а также золошлаковые отходы от сжигания угля на электростанциях. Благодаря применению разработанной в лаборатории Климатического центра технологии, новые бесцементные строительные материалы не только обладают гораздо меньшим углеродным следом, чем традиционный бетон, но и способны поглощать углекислый газ из атмосферы.  

— Производство цемента сопряжено с высокими энергозатратами. Особенности технологического процесса предполагают обжиг минерального сырья, в результате которого в атмосферу выбрасывается углекислый газ, что обеспечивает высокий уровень эмиссии парниковых газов. На тонну произведенного цемента приходится примерно 800-900 килограмм  CO2, выброшенного в атмосферу. Это ставит цементную промышленность на третье место по величине антропогенных выбросов углекислого газа. Поэтому проблема декарбонизации строительной отрасли актуальна и стоит достаточно остро. Мы на нашем Карбоновом полигоне создаем технологии, направленные на снижение углеродного следа в цементной промышленности, разрабатывая и внедрения альтернативные минеральные вяжущие вещества и «зеленые» стройматериалы на их основе, — пояснил директор Климатического центра НГУ Георгий Лазоренко.

При изготовлении материалов используемое техногенное минеральное сырье подвергается высокоинтенсивному механическому измельчению, разделяется на различные фракции. В некоторых случаях применяются методы предварительной термической обработки в высокотемпературной печи или в камерах СВЧ-нагрева — в зависимости от назначения готовой смеси, которую ученые намерены получить. Далее минеральная сырьевая смесь смешивается с активатором на щелочной или кислотной основе. Как правило, она представляет собой водный раствор, который смешивается с твердой минеральной мелкодисперсной фазой. В результате образуется растворная смесь, твердение которой обеспечивает формирование керамико- или бетоноподобного материала.

Использование при производстве вяжущего вещества техногенного минерального сырья с высоким содержанием катионов кальция и магния, способных реагировать с диоксидом углерода с образованием стабильных карбонатных минералов, обеспечивает связывание CO2 с разработанными материалами.

— Исследования материалов на способность поглощать углекислый газ мы проводим с использованием специальной сконструированной камеры карбонизации, в которую закачивается CO2 под давлением. При контролируемых режимных параметрах – температуре, влажности и давлении мы принудительно карбонизируем материал и изучаем кинетику процесса минеральной карбонизации, — рассказал Георгий Лазоренко.

В настоящее время технология производства бесцементных низкоуглеродных строительных материалов отрабатывается в лабораторных условиях. В лаборатории Климатического центра НГУ ученые оптимизируют рецептуры и технологические режимы производства материалов, а также разрабатывают подходы, направленные на увеличение эффекта поглощения материалами углекислого газа из атмосферного воздуха. Также в лабораторных условиях созданы опытные образцы материалов с использованием различных видов техногенного с различных промышленных объектов страны.

Из разработанных составов можно формировать различные изделия. В настоящее время изготовлены образцы плитки, которую можно использовать в городской инфраструктуре, а также теплозвукоизоляционные материалы, которые вполне могут конкурировать с изделиями на основе обыкновенных цементов по техническим качествам и имеют существенное преимущество с точки зрения углеродного следа.