Mengganti salah satu bahan utama konkrit dengan batu vulkanik dapat mengurangkan pelepasan karbon dari pembuatan bahan tersebut hampir dua pertiga, menurut satu kajian baru.
Beton telah memberi kita Pantheon di Rom, Gedung Opera Sydney, Dam Hoover, dan monolit yang sangat banyak. Batu buatan menyelimuti bandar dan jalan raya kita, mendasari ladang angin dan susunan panel suria — dan akan dicurahkan oleh banyak projek infrastruktur yang disokong oleh pelaburan pemulihan COVID di Amerika Syarikat dan luar negara.
Namun demikian, biaya yang tinggi untuk usaha memerangi perubahan iklim, karena simen- elemen pengikat yang dicampur dengan pasir, kerikil, dan air untuk membuat konkrit - berada di antara penyumbang industri terbesar untuk pemanasan global.
"Beton ada di mana-mana kerana ia adalah salah satu bahan binaan yang paling berpatutan, ia mudah dimanipulasi, dan dapat dibentuk menjadi hampir semua bentuk," kata Tiziana Vanorio, profesor geofizik bersekutu di Stanford University.
Tetapi pengeluaran simen melancarkan sebanyak 8% pelepasan karbon dioksida tahunan yang berkaitan dengan aktiviti manusia, dan permintaan dijangka meningkat dalam beberapa dekad akan datang ketika pembandaran dan pembangunan ekonomi mendorong pembinaan bangunan dan infrastruktur baru.
"Jika kita akan menurunkan pelepasan karbon ke tahap yang diperlukan untuk mencegah perubahan iklim bencana, kita perlu mengubah cara kita membuat simen," kata Vanorio.
Terumbu karang, cengkerang lobster, dan udang belalang
CO konkrit2 masalah bermula dengan batu kapur, batu yang terbuat dari kalsium karbonat. Untuk membuat simen Portland - bahan utama pasta dalam konkrit moden - batu kapur ditambang, dihancurkan, dan dipanggang pada api yang tinggi dengan tanah liat dan sejumlah kecil bahan lain dalam tanur gergasi. Menghasilkan haba ini biasanya melibatkan pembakaran arang batu atau bahan bakar fosil lain, menyumbang lebih daripada satu pertiga daripada pelepasan karbon yang berkaitan dengan konkrit.
Panas mencetuskan reaksi kimia yang menghasilkan ketulan kelabu bersaiz marmar yang dikenali sebagai klinker, yang kemudian digiling ke dalam serbuk halus yang kita kenali sebagai simen. Reaksi tersebut juga membebaskan karbon yang mungkin terkunci dalam batu kapur selama ratusan juta tahun. Langkah ini menyumbang sebahagian besar CO yang tinggal2 pelepasan dari pengeluaran konkrit.
Vanorio dan rakan-rakannya kini membuat prototaip simen yang menghilangkan CO2-membakar tindak balas kimia dengan membuat klinker dengan a batu gunung berapi yang mengandungi semua blok bangunan yang diperlukan, tetapi tidak ada karbon.
Sebagai bahan binaan yang paling banyak digunakan di planet ini, konkrit telah lama menjadi sasaran penemuan semula. Penyelidik dan syarikat telah menemukan inspirasi untuk resipi baru di terumbu karang, cangkang lobster, dan kelab seperti tukul udang belalang. Yang lain mengganti sebahagian klinker dengan sisa industri seperti abu terbang dari loji arang batu atau menyuntikkan karbon dioksida yang ditangkap ke dalam campuran sebagai cara untuk mengurangkan kesan iklim konkrit.
Presiden Joe Biden meminta untuk memperluas penangkapan karbon dan penggunaan bahan bakar hidrogen dalam pembuatan simen untuk membantu mengurangkan pelepasan gas rumah kaca AS dari tahap tahun 2005 pada tahun 2030.
Langkau batu kapur
Vanorio mencadangkan menghapuskan batu kapur sama sekali dan memulai dengan batu yang boleh digali di banyak kawasan gunung berapi di seluruh dunia. "Kita dapat mengambil batu ini, menggilingnya, dan kemudian memanaskannya untuk menghasilkan klinker menggunakan peralatan dan infrastruktur yang sama saat ini digunakan untuk membuat klinker dari batu kapur," katanya.
Air panas yang dicampurkan dengan klinker berkarbon rendah ini bukan sahaja mengubahnya menjadi simen tetapi juga mendorong pertumbuhan rantai molekul yang panjang dan saling berkait yang kelihatan seperti serat kusut apabila dilihat di bawah mikroskop. Struktur yang serupa terdapat di batuan yang semen secara semula jadi di persekitaran hidrotermal - tempat di mana air panas yang panas beredar tepat di bawah tanah - dan di pelabuhan Rom konkrit, yang telah bertahan dari serangan selama 2,000 tahun dari air masin yang menghakis dan gelombang meronta di mana konkrit moden biasanya akan runtuh dalam beberapa dekad.
Seperti palang yang biasa digunakan dalam struktur konkrit moden untuk mengelakkan keretakan, serat mineral kecil ini melawan kerapuhan bahan tersebut.
"Beton tidak suka diregangkan. Tanpa semacam peneguhan, ia akan pecah sebelum mengalami tekanan, ”kata Vanorio, pengarang kanan makalah terbaru mengenai struktur mikro dalam konkrit marin Rom dan mengenai peranan fizik batuan dalam peralihan ke masa depan rendah karbon. Sebilangan besar konkrit kini diperkuat secara besar-besaran menggunakan keluli.
"Idea kami adalah untuk memperkukuhkannya pada skala nano dengan mempelajari bagaimana struktur mikro berserat secara berkesan memperkuat batuan, dan keadaan semula jadi yang menghasilkannya," katanya.
Pelajaran dalam penyembuhan dan ketahanan
Proses yang dibayangkan oleh Vanorio untuk mengubah batu gunung berapi menjadi konkrit menyerupai cara batu simen di persekitaran hidrotermal. Selalunya dijumpai di sekitar gunung berapi dan di atas batas plat tektonik aktif, keadaan hidroterma membolehkan batu cepat bereaksi dan bergabung semula pada suhu tidak lebih panas daripada ketuhar rumah, menggunakan air sebagai pelarut yang kuat.
Seperti penyembuhan kulit, retakan dan kerosakan pada lapisan paling luar Bumi bersatu dari masa ke masa melalui tindak balas antara mineral dan air panas. "Alam telah menjadi sumber inspirasi hebat untuk bahan inovatif yang meniru kehidupan biologi," kata Vanorio. "Kami juga dapat mengambil inspirasi dari proses Bumi yang memungkinkan penyembuhan dan ketahanan kerosakan."
Dari batu bata dan logam palsu hingga kaca dan plastik, orang telah lama membuat bahan menggunakan kekuatan yang sama yang mendorong kitaran batuan Bumi: panas, tekanan, dan air. Banyak kajian arkeologi dan mineralogi menunjukkan orang Rom kuno mungkin telah belajar memanfaatkan abu vulkanik untuk resipi konkrit yang paling awal diketahui dengan memerhatikannya mengeras apabila dicampurkan secara semula jadi dengan air.
"Hari ini kita berpeluang melihat simenasi dengan lensa teknologi abad ke-21 dan pengetahuan mengenai kesan persekitaran," kata Vanorio.
Vanorio bekerjasama dengan profesor sains bahan dan kejuruteraan Alberto Salleo untuk melampaui meniru geologi untuk memanipulasi prosesnya untuk hasil tertentu dan sifat mekanik menggunakan kejuruteraan skala nano. "Semakin jelas bahawa semen dapat direkayasa pada skala nano dan harus dipelajari pada skala itu juga," kata Salleo.
Menanggung kecacatan konkrit
Sebilangan besar sifat simen bergantung pada kecil kecacatan dan berdasarkan kekuatan ikatan antara komponen yang berbeza, kata Salleo. Serat-serat kecil yang tumbuh dan menjalin semasa penyimenan batu-batu lumat bertindak seperti mengencangkan tali, memberikan kekuatan. "Kami ingin mengatakan bahawa bahan seperti orang: kecacatan pada mereka yang menjadikannya menarik," katanya.
Pada tahun 2019, rasa ingin tahu yang kuat tentang konkrit kuno yang pernah dilihatnya di antara runtuhan ketika seorang kanak-kanak membesar di Rom mendorong Salleo untuk menjangkau Vanorio, yang perjalanannya sendiri ke dalam fizik batu bermula setelah mengalami dinamisme kerak bumi semasa kecilnya di Neapolitan bandar pelabuhan di tengah kaldera di mana konkrit Rom pertama kali direkayasa.
Sejak itu, Salleo melihat karya pada klinker rendah karbon yang diilhami oleh proses geologi sebagai logik dengan projek kumpulannya yang berkaitan dengan kelestarian, seperti sel suria murah berdasarkan bahan plastik dan alat elektrokimia untuk penyimpanan tenaga.
"Memikirkan klinker rendah karbon adalah cara lain untuk mengurangkan jumlah CO2 yang kita hantar di atmosfera," katanya. Tetapi ini hanya permulaan. “Bumi adalah makmal raksasa di mana bahan bercampur pada suhu tinggi dan tekanan tinggi. Siapa tahu berapa banyak struktur menarik dan akhirnya berguna di luar sana? "
sumber: Universiti Stanford
Buku-buku yang berkaitan
Pengeluaran: Rancangan Paling Komprehensif yang Pernah Dicadangkan untuk Membalik Pemanasan Global
oleh Paul Hawken dan Tom Steyer
Dalam menghadapi rasa takut dan tidak peduli yang luas, koalisi penyelidik, profesional dan ahli sains antarabangsa telah berkumpul untuk menawarkan satu set penyelesaian yang realistik dan berani terhadap perubahan iklim. Seratus teknik dan amalan dijelaskan di sini-ada yang terkenal; ada yang tidak pernah anda dengar. Mereka terdiri dari tenaga bersih untuk mendidik anak perempuan di negara berpendapatan rendah untuk amalan guna tanah yang menarik karbon dari udara. Penyelesaiannya wujud, bersifat ekonomi, dan masyarakat di seluruh dunia kini menguatkuasakan mereka dengan kemahiran dan keazaman. Tersedia di Amazon
Merancang Penyelesaian Iklim: Panduan Dasar untuk Tenaga Rendah Karbon
oleh Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Dengan kesan perubahan iklim yang menimpa kita, keperluan untuk mengurangkan pelepasan gas rumah kaca global tidak kurang hebatnya. Ini adalah cabaran yang menakutkan, tetapi teknologi dan strategi untuk menanganinya ada sekarang. Sebilangan kecil dasar tenaga, yang dirancang dan dilaksanakan dengan baik, dapat membawa kita ke arah masa depan yang rendah karbon. Sistem tenaga besar dan kompleks, jadi dasar tenaga mesti fokus dan menjimatkan kos. Pendekatan satu ukuran untuk semua tidak akan berjaya. Pembuat dasar memerlukan sumber yang jelas dan komprehensif yang menggariskan dasar tenaga yang akan memberi kesan terbesar pada masa depan iklim kita, dan menerangkan bagaimana merancang polisi ini dengan baik. Tersedia di Amazon
Ini Menukar Semua: Kapitalisme vs Iklim
oleh Naomi Klein
In Ini Menukar Semua Naomi Klein berhujah bahawa perubahan iklim bukanlah satu lagi isu yang perlu difailkan antara cukai dan penjagaan kesihatan. Ini penggera yang menyeru kami untuk memperbaiki sistem ekonomi yang telah gagal dalam banyak cara. Klein dengan teliti membina kes untuk mengurangkan secara besar-besaran pelepasan rumah hijau kami adalah peluang terbaik kami untuk secara serentak mengurangkan ketidaksamaan yang menggerunkan, membayangkan semula demokrasi kami yang patah, dan membina semula ekonomi tempatan kami yang terbuang. Dia mendedahkan keputusasaan ideologi tentang penyangkalan perubahan iklim, khayalan para ahli geoengineers, dan kekalahan tragis terlalu banyak inisiatif hijau arus perdana. Dan dia menunjukkan persis mengapa pasar tidak-dan tidak dapat menyelesaikan krisis iklim tetapi sebaliknya akan membuat keadaan lebih teruk, dengan kaedah ekstraksi yang lebih melampau dan ekologi merosakkan, disertai dengan kapitalisme bencana yang meluas. Tersedia di Amazon
Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon pergi untuk membiayai kos membawa anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, and ClimateImpactNews.com tanpa sebarang kos dan tanpa pengiklan yang mengesan tabiat melayari anda. Walaupun anda mengklik pada pautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa-apa lagi yang anda beli dalam lawatan yang sama di Amazon memberi kami komisen kecil. Tiada kos tambahan untuk anda, jadi sila sumbangkan kepada usaha. Anda juga boleh gunakan pautan ini untuk digunakan untuk Amazon pada bila-bila masa supaya anda boleh membantu menyokong usaha kami.
Artikel ini pada asalnya muncul di Futurity
