Bilim İnsanları Tamamen Atık Malzemeden Çimento Üretiyor

Fotoğraf-1 : Nanyang Teknoloji Üniversitesi, Singapur araştırmacıları, atıklardan çimento üretmenin yeni bir yolunu buldular.

Tamamen Atık Malzemeden Yenilenebilir Biyoçimento Yaratmak

Çimento, inşaatta kullanılan, sertleşen, sertleşen ve diğer malzemeleri birbirine bağlamak için yapışan bir bağlayıcıdır. Kum ve çakıl çimento ile birleştiğinde beton oluşur. Çimento, hidrolik veya hidrolik olmayan olarak sınıflandırılır; hidrolik olmayan çimento, su mevcut olduğunda sertleşmezken, hidrolik çimento, kuru malzemeler ve su arasında kimyasal bir reaksiyona ihtiyaç duyar.

Çimento, gezegendeki en yaygın kullanılan malzemelerden biridir. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki çimento tüketiminin 2021’de 109 milyon mt olacağı tahmin ediliyordu.

Çimento imalatı, sürecin her aşamasında çevre üzerinde bir etkiye sahiptir. Bazı örnekler, taş ocaklarında ekipman çalışırken ve patlatma sırasında toz, duman, gürültü ve titreşim biçimindeki hava kaynaklı kirleticileri ve taş ocağından kaynaklanan arazi hasarını içerir.

Singapur Nanyang Teknoloji Üniversitesi’ndeki (NTU Singapur) bilim adamları, atıklardan biyoçimento üretmek için bir yöntem keşfettiler ve geleneksel çimentoya alternatifi daha yeşil ve daha sürdürülebilir hale getirdiler.

Biyoçimento, toprağı katı bir bloğa bağlayan bir sertleşme reaksiyonu oluşturmak için bakterileri kullanan bir tür yenilenebilir çimentodur.

NTU bilim adamları şimdi iki yaygın atık malzemeden biyoçimento oluşturdular: endüstriyel karbür çamuru ve üre (memeli idrarından).

Endüstriyel karbür çamurunda ürenin kalsiyum iyonları ile etkileşiminden sert bir katı veya çökelti oluşturmak için bir yöntem geliştirdiler. Bu reaksiyon toprakta meydana geldiğinde, çökelti toprak parçacıklarını birbirine bağlar ve aralarındaki boşlukları doldurarak kompakt bir toprak kütlesi ile sonuçlanır. Bu, güçlü, dayanıklı ve daha az geçirgen olan bir biyoçimento bloğu üretir.

İnşaat ve Çevre Mühendisliği Okulu Başkanı Profesör Chu Jian liderliğindeki araştırma ekibi, 22 Şubat 2022’de Journal of Environmental Chemical Engineering’de yayınlanan bir kavram kanıtı araştırma makalesinde, biyo çimentolarının potansiyel olarak olabileceğini gösterdi. İnşaat veya kazıda kullanım için zeminin güçlendirilmesi, kumsal erozyonunun kontrol edilmesi, çölde toz veya rüzgar erozyonunun azaltılması veya kumsallarda veya çölde tatlı su rezervuarlarının inşa edilmesi gibi toprak iyileştirme için sürdürülebilir ve uygun maliyetli yöntemdi.

Fotoğraf-2 : Soldan sağa Dr. Wu Shifan, Kıdemli Araştırma Görevlisi, Kentsel Çözümler Merkezi, İnşaat ve Çevre Mühendisliği Okulu, NTU ve Profesör Chu Jian, İnşaat ve Çevre Mühendisliği Okulu Başkanı, NTU, biyoçimento blokları üre ve karbür çamurundan yapılmıştır.

Ayrıca, sızıntı kontrolü için kayadaki çatlakları kapatmak ve hatta kaya oymaları ve heykeller gibi anıtları rötuşlamak ve onarmak için biyolojik harç olarak kullanılabilir.

NTU Kentsel Çözümler Merkezi Direktörü olan Prof Chu, “Biyoçimento, geleneksel çimentoya sürdürülebilir ve yenilenebilir bir alternatiftir ve zeminin işlenmesini gerektiren inşaat projelerinde kullanılmak için büyük bir potansiyele sahiptir, araştırmamız, hammadde olarak iki tür atık malzeme kullanarak biyoçimentoyu daha da sürdürülebilir kılıyor. Uzun vadede, bu sadece biyoçimento üretimini daha ucuz hale getirmekle kalmayacak, aynı zamanda atık bertarafı için gereken maliyeti de azaltacaktır.”dedi.

NTU bilim adamlarının araştırması, sürdürülebilirlik alanında araştırma ve geliştirmeyi ilerleterek çevre üzerindeki insan etkisini azaltmak da dahil olmak üzere, insanlığın bazı büyük zorluklarını ele almayı amaçlayan NTU 2025 stratejik planını desteklemektedir.a

İdrar, Bakteri ve Kalsiyum: Biyoçimento için Basit Bir Tarif

Biyoçimento yapım süreci, geleneksel çimento üretim yöntemlerine kıyasla daha az enerji gerektirir ve daha az karbon emisyonu üretir.

NTU ekibinin biyoçimentosu iki tür atık malzemeden oluşturulmuştur: endüstriyel karbür çamuru, Singapur fabrikalarından kaynaklanan asetilen gazı üretiminden kaynaklanan atık malzeme ve idrarda bulunan üre.

İlk olarak, ekip, çözünür kalsiyum üretmek için karbür çamurunu bir asitle işliyor. Üre daha sonra bir sementasyon çözeltisi oluşturmak için çözünür kalsiyuma eklenir. Ekip daha sonra bu simantasyon çözeltisine bir bakteri kültürü ekler. Kültürdeki bakteriler daha sonra çözeltideki üreyi parçalayarak karbonat iyonları oluşturur.

Bu iyonlar, mikrobiyal olarak indüklenen kalsit çökeltme (MICP) adı verilen bir süreçte çözünür kalsiyum iyonları ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon, tebeşir, kireçtaşı ve mermerde doğal olarak bulunan sert, katı bir malzeme olan kalsiyum karbonatı oluşturur.

Fotoğraf-3 : Bir Buda elinin test örneği, Çin’deki UNESCO Dünya Mirası Listesi’ndeki Dazu Rock Carvings tarafından sağlandı. Çin’deki Chongqing Üniversitesi’nde Dr. Yang Yang tarafından biyoçimento kullanılarak onarım çalışması yapıldı. Biyoçimento çözümü renksizdir ve restorasyon çalışmalarının oymanın orijinal rengini korumasını sağlar.

Bu reaksiyon toprakta veya kumda meydana geldiğinde, oluşan kalsiyum karbonat, toprak veya kum parçacıklarını kuvvetlerini artırmak için birbirine bağlar ve malzeme içinden su sızmasını azaltmak için aralarındaki gözenekleri doldurur. Aynı işlem kaya derzlerinde de kullanılabilir, bu da kaya oymaları ve heykellerin onarımına olanak tanır.

Biyoçimento ile güçlendirilmiş zemin, eşdeğer miktarda çimento kullanılarak işlenmiş aynı zeminden daha yüksek olan 1,7 megapaskal’a (MPa) kadar sınırsız bir sıkıştırma mukavemetine sahiptir.

Bu, ekibin biyo-çimentosunu, zemini güçlendirme veya inşaat veya kazıda kullanım için su sızıntısını azaltma veya kıyı şeridi boyunca kumsal erozyonunu kontrol etme gibi toprak iyileştirme projelerinde kullanıma uygun hale getirir.

Makalenin ilk yazarı Dr. Yang Yang, eski bir NTU Ph.D. Şu anda Çin, Chongqing Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Kentsel Çözümler Merkezi’nde öğrenci ve araştırma görevlisi şunları söyledi: “Çeşitli çimentolaşma seviyelerindeki kalsiyum karbonat çökeltisi, parçacıklar arasındaki gözenekleri yavaş yavaş doldurarak toprağı veya kumu güçlendirir. Biyoçimento, su sızıntısını azaltmak için toprak veya kayadaki çatlakları kapatmak için de kullanılabilir.”

Çimentoya Sürdürülebilir Bir Alternatif

Biyoçimento üretimi, geleneksel çimento üretmek için kullanılan yöntemlerden daha çevreci ve daha sürdürülebilir.

“Çimento yapım sürecinin bir kısmı, çimento için bağlayıcı madde olan klinker oluşturmak için hammaddelerin 1.000 santigrat derecenin üzerinde çok yüksek sıcaklıklarda yakılmasıdır. Bu süreç çok fazla karbondioksit üretiyor” dedi. “Ancak, biyoçimentomuz oda sıcaklığında hiçbir şey yakmadan üretiliyor ve bu nedenle daha yeşil, daha az enerji gerektiren ve karbon nötr bir süreç.”

Dr. Yang Yang şunları söyledi: “Singapur’da karbür çamuru atık malzeme olarak görülüyor. Ancak biyoçimento üretimi için iyi bir hammaddedir. Karbür çamurundan kalsiyum çıkararak, bir dağdan çıkarılması gereken kireçtaşı gibi malzemeleri kullanmamız gerekmediğinden üretimi daha sürdürülebilir hale getiriyoruz.”

Prof Chu ekledi: “Kireçtaşı sınırlı bir kaynaktır ,bir kez gittiğinde, gitmiştir. Kireçtaşı madenciliği doğal çevremizi ve ekosistemimizi de etkiliyor.

Anıtların Restorasyonu ve Kıyı Şeritlerinin Güçlendirilmesi

NTU ekibinin biyoçimenti formüle etme yönteminin bir başka avantajı, hem bakteri kültürünün hem de simantasyon çözeltisinin renksiz olmasıdır. Toprağa, kuma veya kayaya uygulandığında orijinal rengi korunur.

Bu, eski kaya anıtlarını ve eserlerini restore etmek için kullanışlı hale getirir. Örneğin, Dr. Yang Yang, Çin’deki eski Buda anıtlarını onarmak için biyo-çimentoyu kullandı. Biyoçimento, çatlak anıtlardaki boşlukları kapatmak için kullanılabilir ve bir Buda’nın ellerinin parmakları gibi kırılmış parçaları onarmak için kullanılmıştır. Çözüm renksiz olduğundan, anıtlar orijinal renklerini koruyarak restorasyon çalışmalarını tarihe sadık tutuyor.

Ekip, Singapur’daki ilgili ulusal kurumlarla işbirliği içinde, şu anda sahildeki kumu güçlendirmek için kullanıldığı East Coast Park’ta yeni biyoçimentoları deniyor. Biyoçimento çözeltilerinin kumun üzerine püskürtülmesiyle sert bir kabuk oluşur ve kumun denize dökülmesini engeller.

Ekip ayrıca Singapur’daki biyoçimentolarının, yollardaki çatlakları kapatarak yol onarımı, su sızıntısını önlemek için yeraltı tünellerindeki boşlukları kapatma ve hatta tokalsiyumkarbonat üzerinde büyüyen carol larvaları gibi mercan resifleri için yetiştirme alanları gibi daha büyük ölçekli uygulamalarını araştırıyor.

Kaynak : scitechdaily.com