Vulkanski pepeo uzima učešće u izgradnji savremene civilizacije, a donekle ironično igra značajnu ulogu i u jednoj od zastrašujućih pretnji. Proizvodnja cementa je veoma energetski zahtevan proces koji čini oko pet odsto globalne emisije CO2, tako da naučnici stalno tragaju za efikasnijim načinima njegovog stvaranja. Međutim, sada je tim sa MIT-a otkrio da pulverizacijom vulkanskog pepela i dodavanjem u cementnu mešavinu ne samo da proces postaje ekološki prihvatljiviji, već se dobijaju i jače konstrukcije.
Uključivanje ozračenih plastičnih boca i podešavanje nivoa kalcijuma su samo neki od načina na koji su istraživači sa MIT-a ranije tražili poboljšanje procesa proizvodnje cementa. Ovaj put su se usredsredili na vulkanski pepeo, za koji kažu da ima brojne prednosti kao sastojak u recepturi za proizvodnju cementa. Rasprostranjen je oko i aktivnih i neaktivnih vulkana, a trenutno nema nikakvu realnu primenu. Kada se pretvori u prah, ima pogodna prirodna svojstva da se vezuje za vodu i druge materijale za stvaranje pasta poput cementa.
„Proizvodnja cementa zahteva puno energije jer se radi o visokim temperaturama i predstavlja proces koji se sastoji iz više faza", rekla je Stephanie Chin sa MIT-a - Department of Civil and Environmental Engineering (CEE). „Ovo je glavna motivacija da pokušamo da pronađemo alternativu. Vulkanski pepeo se formira pod visokom toplotom i visokim pritiskom, a priroda čini sve te hemijske reakcije za nas".
Slika 1. Vulkan (foto: Roger Olivier, preuzeto sa www.freeimages.com)
Oglas
U istraživanju potencijala ovog novog aditiva, tim koji je predvodila Chin i koautor studije Kunal Kupwade-Patil započeo je pažljiva analiziranja postojećih podataka o onome što se naziva „utrošena energija" različitih industrijskih procesa vezanih za proizvodnju cementa. Ovo se odnosi na ukupnu energiju koja se koristi za procese kakvi su drobljenje kamena, stvaranje cementa ili betona.
Koristeći ove podatke, tim je izračunao ovu ukupnu energiju za cementnu recepturu koja sadrži različite proporcije vulkanskog pepela, u rasponu od 10% do 50. Zatim su odneli u laboratoriju kako bi proizveli par uzoraka.
Istraživači su otkrili da je zamena 50% tradicionalnog cementa sa vulkanskim pepelom svela čestice na veličinu od 17 mikrometara i smanjila utrošenu energiju dobijenog betona za 16%. Smanjivanje pepela do veličine čestica od oko šest mikrometara značajno je povećalo čvrstinu, stvarajući veću površinu za vodu i cement kako bi se zajedno vezali.
Potom su se potrudili da primene ovo znanje u realnom svetu, istraživajući naselje u Kuvajtu, koje se sastoji od 13 stambenih i 14 komercijalnih zgrada napravljenih od tradicionalnog portland cementa. Koristili su dronove koji su leteli nad objektima, sakupljali slike i merenja, a zajedno sa podacima lokalnih vlasti izračunavali utrošenu energiju.
Na osnovu njihovog ranijeg rada, naučnici su tada izračunali kako se ova energija može promeniti, kada konstrukcije budu pravljene sa različitim proporcijama vulkanskog pepela, kojim je obalno područje veoma bogato. Trideset procenata je bio postavljeni optimalni iznos, za koji kažu da bi u velikoj meri smanjio utrošenu energiju, ali ipak pružio potrebnu snagu.
Slika 2. Cementno postrojenje (foto: Ramon Venne, preuzeto sa www.freeimages.com)
„Ono što smo otkrili je da se beton može proizvoditi sa prirodnim aditivima sa željenim svojstvima i smanjenom utrošenom energijom, koja može dovesti do značajnih ušteda energije", rekao je Oral Buyukozturk, profesor na MIT-u - Department of Civil and Environmental Engineering (CEE).
Lepota ovakvog pristupa leži u njegovoj fleksibilnosti. Inženjeri mogu da podese recept, menjajući količinu vulkanskog pepela koji se koristi u zavisnosti od zadatka.
„Ovo možete prilagođavati", objašnjava Buyukozturk. „Ako je u pitanju blok za saobraćaj, na primer, nije potrebna tolika snaga kao što je, na primer potrebno za višepratnicu. Shodno tome bi se te stvari proizvodile sa mnogo manje energije. To je ogromno ako razmišljate o količina betona koja se koristi širom sveta. "
Istraživanje tima je objavljeno u „Journal of Cleaner Production“.
