پژوهشگران از آب دریا بتن ساختند

به گزارش ایسنا، یک ماده الهام‌گرفته از صدف دریایی که دی‌اکسید کربن را از بین می‌برد، می‌تواند بتن را پایدارتر کند. فرآیند ساخت این ماده شامل شکافت آب دریا با استفاده از دی‌اکسید کربن و الکتریسیته است و می‌توان از آن به منظور تولید هیدروژن برای سوخت استفاده کرد تا مزیت بیشتری به این روش اضافه شود.

به نقل از ادونسد ساینس نیوز، «الساندرو روتا لوریا»(Alessandro Rotta Loria) دانشیار «دانشگاه نورث‌وسترن»(Northwestern University) و سرپرست این پژوهش گفت: این پژوهش یک روش جدید را برای جذب، تبدیل و ذخیره دی‌اکسید کربن به شکل مواد معدنی جامد معرفی می‌کند که می‌توان آنها را به عنوان مواد تکمیلی در بتن گنجاند. این روش یک جایگزین را برای ذخیره دی‌اکسید کربن در بستر اعماق اقیانوس یا سازندهای زمین‌شناسی فراهم می‌کند که در تلاش برای کربن‌زدایی صورت می‌گیرد.

فرآیندی که این ماده ساختمانی را ایجاد می‌کند، مشابه فرآیند کانی‌سازی طبیعی است که طی آن صدف‌های دریایی از کربنات کلسیم در اقیانوس‌ها ساخته می‌شوند. این کربنات کلسیم به طور طبیعی در محیط‌های دریایی تشکیل می‌شود. لوریا توضیح داد: این پژوهش از طریق تسهیل واکنش یون‌های آب دریا با دی‌اکسید کربن برای تولید مواد معدنی جامد، فرآیند مذکور را به صورت الکتروشیمیایی تکرار می‌کند.

در سال‌های اخیر، پژوهش‌های بسیاری بررسی کرده‌اند که آیا تا وقتی برق مورد استفاده از یک منبع تجدیدپذیر به دست بیاید، تقسیم مولکول‌های آب با استفاده از الکتریسیته می‌تواند منبع خوبی برای دست‌یابی به هیدروژن سبز باشد. اگرچه این کار با چالش‌های فنی بیشتری مانند مشکل خوردگی همراه است اما تقسیم آب دریا برای تولید هیدروژن اهمیت ویژه‌ای را به ویژه در مناطقی با منابع محدود آب شیرین به همراه دارد.

هنگامی که الکترولیز روی آب دریا انجام می‌شود، هم گاز هیدروژن و هم گاز اکسیژن یا کلر را تشکیل می‌دهد. هم‌زمان، رسوبات معدنی مانند کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم درون محلول رسوب می‌کنند. لوریا و گروهش در مقاله پژوهش خود نوشتند: این رسوبات اغلب به عنوان محصولات جانبی انرژی نادیده گرفته می‌شوند. با وجود این، آنها پتانسیل استفاده‌نشده‌ای را به عنوان منابع ساخت‌وساز، تولید و اصلاح محیط زیست دارند.

اگر دی‌اکسید کربن بیشتری به فرآیند الکتروشیمیایی اضافه شود، حتی تعداد بیشتری از این مواد معدنی تولید می‌شود و در عین حال، امکان ذخیره دی‌اکسید کربن آلاینده را از جو فراهم می‌کند.

پژوهشگران دریافتند که تغییر عواملی مانند ولتاژ الکتریکی، سرعت جریان، زمان و مدت تزریق دی‌اکسید کربن به واکنش می‌تواند خواص مواد به‌دست‌آمده را تغییر دهد؛ اگرچه آنها هنوز ترکیب شیمیایی یکسانی دارند. به عنوان مثال، این کار می‌تواند مواد را متخلخل‌تر، پوسته‌پوسته‌تر یا متراکم‌تر کند.

لوریا توضیح داد: با افزایش پی‌اچ آب دریا به صورت الکتروشیمیایی، یون‌های محلول به شکل مواد معدنی جامد رسوب می‌کنند و دی‌اکسید کربن را به طور دائمی جدا می‌سازند.

ماسه و شن حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد از ترکیب بتن را تشکیل می‌دهند. این مواد معمولا از منابع طبیعی مانند کوه‌ها، بستر رودخانه‌ها، سواحل و بستر اقیانوس‌ها گرفته می‌شوند که می‌تواند از راه‌های گوناگون به محیط زیست آسیب بزند. از جمله این آسیب‌ها می‌توان به از دست دادن تنوع زیستی و اکوسیستم - خواه در خشکی و خواه در دریا – اشاره کرد. همچنین، استخراج شن و ماسه می‌تواند به فرسایش سواحل و رودخانه‌ها و کاهش جریان رسوب در دلتاها و مصب‌ها منجر شود که احتمال وقوع سیل را افزایش می‌دهد.

اگر روش لوریا و همکارانش در مقیاس بزرگ‌تر با موفقیت اجرا شود، تولید مواد شن‌مانند و پایدار برای ساخت بتن را امکان‌پذیر خواهد کرد. لوریا گفت: افزایش مقیاس این فرآیند به لطف بهینه‌سازی شرایط واکنش، مصرف انرژی و طراحی رآکتور امکان‌پذیر است که همگی آنها محرک‌های کلیدی این نوآوری هستند.

با وجود این، لوریا اذعان داشت که کاهش هزینه‌ها می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. وی افزود: این فرآیند نسبت به روش‌های سنتی تامین مصالح، گران‌تر است اما می‌توان آن را به‌ عنوان یک راهبرد رقابتی جداسازی کربن در نظر گرفت که به طور هم‌زمان مواد ارزشمندی را تولید می‌کند.

این که آیا این روش الکتروشیمیایی برای تولید مواد مهم سازنده سیمان و بتن به طور گسترده مورد استفاده قرار خواهد گرفت یا خیر، هنوز نامشخص است اما لوریا و گروهش برای ارزیابی پتانسیل تجاری‌سازی این روش، با یک شرکت جهانی مصالح ساختمانی موسوم به «سمکس»(Cemex) کار می‌کنند که مقر آن در مکزیک است. لوریا در پایان گفت: در حال حاضر تلاش برای بهینه‌سازی بیشتر این فناوری با هدف نهایی افزایش مقیاس آن ادامه دارد.

این پژوهش در مجله «Advanced Sustainable Systems» به چاپ رسید.