Углекислый газ превращают в цемент — секретный метод, который изменит строительство навсегда

Промышленные выбросы углекислого газа давно считаются одной из главных причин загрязнения атмосферы и изменения климата. Но что, если этот самый CO2 можно не просто нейтрализовать, а превратить в полезный продукт? Исследователи из Мичиганского университета нашли способ преобразовывать углекислый газ в прекурсоры для цемента — материалы, которые используются при его производстве.

От отхода к ресурсу: революция в производстве цемента

Доцент кафедры химии и макромолекулярной науки и инженерии в UM Чарльз МакКрори вместе со своей командой разработал электрохимический процесс, в ходе которого углекислый газ превращается в оксалаты металлов. Эти соединения становятся важными ингредиентами для создания альтернативных видов цемента.

"Это исследование показывает, как мы можем взять углекислый газ, который, как все знают, является отходом, имеющим нулевую или малую ценность, и переработать его во что-то ценное", — подчеркнул МакКрори..

Почему портландцемент — не лучший выбор?

Сегодня большинство цемента производится на основе портландцемента — материала из известняка и силиката кальция. Но его производство связано с большими энергетическими затратами и выбросами углекислого газа. Исследователи ищут более экологичные альтернативы.

Одним из таких вариантов стали оксалаты металлов — простые соли, которые можно синтезировать из CO2. Однако ранее для этого требовалось много свинцового катализатора — вещества, ускоряющего химическую реакцию. Использование свинца создавало серьезные экологические риски.

Инновационный подход: минимизация свинца

Команда 4C, международного исследовательского центра, поддерживаемого Министерством энергетики США, нашла способ использовать полимеры, которые контролируют микросреду вокруг свинцовых катализаторов. Это позволило снизить концентрацию свинца до частей на миллиард — уровня, сопоставимого с его содержанием в обычных графитовых материалах.

"Контролируя микросреду вокруг катализатора, мы можем настраивать его активность и значительно уменьшать количество свинца, необходимое для процесса", — объяснил МакКрори.

Как работает электрохимический процесс

Суть метода заключается в использовании электродов: на одном из них углекислый газ преобразуется в ионы оксалата, а на другом — металлические ионы, которые связываются с оксалатом, образуя твердый оксалат металла. Этот твердый продукт и становится сырьем для производства цемента.

"Эти ионы металла соединяются с оксалатом, образуя твердое вещество, и это твердое вещество выпадает из раствора", — пояснил МакКрори.

Вклад соавторов из Калифорнии

Исследование стало возможным благодаря тесному сотрудничеству с группами из Калифорнийского университета. Доцент Хесус Веласкес из Дэвиса предложил использовать следовые количества свинца для управления реакцией, а профессор Анастасия Александрова из Лос-Анджелеса провела расчёты, подтвердившие теоретическую основу метода.

"Оксалаты металлов — это малоизученное направление, которое может открыть новые возможности не только в производстве цемента, но и в хранении CO2", — отметил Веласкес.

Практическое будущее технологии

МакКрори уверен, что превращение CO2 в твердый оксалат металла — настоящий и полезный способ улавливания углекислого газа.

"Этот процесс не просто захватывает CO2, но и создаёт материал, который можно использовать в промышленности", — сказал он.

Несмотря на сложность задачи, команда верит в перспективность своего метода и его экологическую безопасность благодаря минимальному использованию свинца.