Зеленый бетон

Сравнение, опубликованное в Nature ^[4], основано на сухой массе, а не на влажном весе. В оценках биомассы не учитывается содержание воды, которое в живых организмах значительно.

Под материалами, созданными человеком, понимается совокупная сухая масса неживых антропогенных материалов (например, бетона, заполнителей, металлов, пластика и т. д.). Результат показывает, что примерно в 2020 году общая сухая масса материалов, созданных человеком, превысила общую сухую массу мировой биомассы.

В среднем один кубический метр бетона весит 2,4 метрической тонны ^[20]. Следовательно, 30 миллиардов метрических тонн = 12,5 миллиарда кубических метров. Это значение подтверждается [21].

При переводе в кубические километры 12,5 миллиарда кубических метров равны 12,5 км³.

Площадь Австрии составляет 83 879 км² ^[22].

Чтобы найти толщину слоя бетона, разделим объём на площадь поверхности: 12,5 км³ / 83 879 км² = 0,0001490242 км.

0,0001490242 км = 14,90242 см = 5,8671 дюйма

В сценарии «обжиг известняка» используется как неформальное сокращение. Строго говоря, сам известняк не сжигается при горении. При нагреве карбонат кальция подвергается кальцинации: химической реакции, вызванной теплом и известной как термическое разложение, в результате которой он разлагается на оксид кальция, или известь, и углекислый газ:

CaCO₃ + тепло → CaO + CO₂

Кальцинация в основном происходит до того, как материал достигает максимальной температуры в печи - примерно 1 450 °C. При более высоких температурах получившаяся известь реагирует с кремнезёмом и другими материалами, образуя клинкер.

CO₂, выделяющийся при кальцинации, образуется из самого известняка и поэтому отличается от CO₂, возникающего при сжигании ископаемого топлива для нагрева печи. Замена этого топлива низкоуглеродным теплом может сократить выбросы от сжигания в печи, но сама по себе не устраняет технологические выбросы при кальцинации ^{[23,27,38,40,42]}.

«Углеродное твердение» - это метод, при котором уловленный CO₂ вводят в свежий бетон во время смешивания или твердения, где он реагирует с соединениями кальция в цементе, образуя стабильные карбонаты. Это может немного повысить прочность и при этом навсегда сохранить небольшое количество CO₂ в структуре материала. Однако углеродное твердение - лишь один из способов использования углерода в бетоне.

В отличие от этого, «карбонизация» представляет собой реакцию CO₂ с затвердевшими гидратированными соединениями на основе цемента, например в бетоне, которая протекает со временем. Естественная карбонизация медленно происходит в течение жизни бетонной конструкции, позволяя ей постепенно поглощать CO₂ из окружающей среды. При ускоренной карбонизации (иногда её называют твердением минерализацией) бетон или переработанные заполнители подвергают воздействию концентрированных потоков CO₂, чтобы намеренно увеличить поглощение CO₂. Эти процессы химически связаны, но на практике отличаются от технологий углеродного твердения в смеси.

Помимо подходов на основе твердения, углерод можно встраивать и совсем другими способами. Один из них - добавлять в бетонные смеси материалы с углеродом биологического происхождения (например, биоуголь) ^A,B. Композиты из биоугля и бетона могут физически удерживать природный биогенный углерод и при этом потенциально повышать долговечность и улучшать свойства, связанные с регулированием влажности. Эти подходы отличаются от карбонизации тем, что углерод в них встраивается в твёрдой форме, а не вводится или минерализуется как газообразный CO₂.

Ещё один вариант - разработка цементных композитов на биологической основе или частичная замена минеральных заполнителей возобновляемыми волокнами либо материалами растительного происхождения ^C-I. На другом конце этого спектра некоторые строительные системы полностью заменяют обычный бетон композитами на биологической основе или гибридными композитами для несущих или частично несущих конструкций ^E-I. Эти подходы отличаются от углеродного твердения тем, что сокращают или заменяют минеральный цемент, а не обрабатывают выбрасываемый CO₂.

Итак, углеродное твердение - один конкретный путь использования углерода среди множества других стратегий. Технологии карбонизации/минерализации, добавление биоугля, биокомпозиты и альтернативные строительные системы на биологической основе - это технически разные подходы, которые либо удерживают углерод, либо снижают потребность в цементе, либо полностью заменяют минеральные вяжущие.

Исследования дают неоднозначные результаты. В зависимости от состава бетона и применяемого процесса, обработка или смешивание с CO₂ может повышать прочность бетона, почти не влиять на неё или снижать её [82-92]. Климатическая польза этого процесса также не гарантирована. Она зависит от таких факторов, как затраты энергии на улавливание, транспортировку и применение CO₂ при твердении, количество CO₂, остающегося связанным, повышение или снижение прочности бетона в результате процесса и обусловленная этим потребность в дополнительном цементе. В [92] была выявлена более низкая прочность на сжатие в 31 из 99 оценённых экспериментальных наборов данных. Если для достижения такой же прочности затем нужен дополнительный цемент, связанные с ним выбросы могут свести на нет или превысить пользу от сохранённого CO₂. В целом исследование показало, что во многих рассмотренных опубликованных экспериментальных случаях чистые выбросы выросли.

Вот несколько примеров того, где щелочно-активированный бетон (AAC) использовали по всему миру:

• [111] Австралия
• [112] США
• [113] Индия
• [114] Великобритания
• [115] Китай
• [116] Нидерланды
• [117] Германия
• [118] Малайзия
• [119] Бразилия
• [120] Италия
• [121] Южная Корея
• [122] Сингапур
• [123] Япония, Украина, Финляндия, Россия и Ирландия - вот несколько примеров из этого источника

В источниках говорится как о щелочно-активированном бетоне, так и о геополимерном бетоне. В литературе по материаловедению щелочно-активированные материалы (AAM) обычно считают более широкой категорией, а геополимеры определяют как отдельную подгруппу внутри неё. В этой распространённой классификации AAM - это вяжущие вещества, полученные активацией «алюмосиликатных» исходных материалов (например, золы-уноса, шлака и других SCM) щелочными растворами. В эту общую категорию входят разные системы с разным химическим составом и продуктами реакций.

В рамках этой широкой классификации геополимеры обычно описывают как низкокальциевые алюмосиликатные вяжущие вещества, образующие трёхмерную структуру. Согласно этому подходу, все геополимеры можно считать щелочно-активированными материалами, но не все щелочно-активированные материалы являются геополимерами. Такое толкование широко используется в рецензируемых журналах и ведущими исследователями: AAM выступает как общий технический термин, а «геополимер» обозначает конкретную композиционную и структурную подгруппу.

Однако другая научная школа утверждает, что геополимеры - это отдельный класс материалов, определяемый особой химией полимеризации. Согласно этому толкованию, не все щелочно-активированные системы можно назвать геополимерами, особенно системы с высоким содержанием кальция, чьи продукты реакций отличаются по структуре. Этот подход не принимает AAM как главный общий термин и вместо этого считает «геополимер» более точной химической категорией.

В итоге терминология может различаться в зависимости от организации автора, исследовательской традиции или институционального контекста. В большей части современной академической и инженерной литературы преобладает классификация, где AAM служит общим термином, особенно в исследованиях, сравнивающих экологические показатели этих материалов с показателями обычного портландцемента. Тем не менее новые публикации сохраняют более чёткое различие между этими терминами.

[124] показывает, что с 1985 по 2015 год площадь городов в мире увеличивалась на 9 687 км² в год. Это равно (9 687/365 =) 26,539 км² в день.

Площадь Манхэттена - 59,1 км^{2 J}.

59,1/26,539 = 2,2 дня.