Artikel Behind the Scenes ini disediakan untuk LiveScience dengan kerjasama Yayasan Sains Nasional.
Sekiranya anda ingin memasak beberapa simen mesra alam, cuma campuran dua cawan batu kapur yang pasir, satu cawan tanah yang terurai dengan sangkar relau dan tiga sudu soda abu (iaitu, natrium karbonat). Keputusan apa adalah alternatif kukuh, mampan dan ekonomik kepada simen Portland biasa (OPC), peneraju industri dalam simen. Kumpulan penyelidik dalam kumpulan Michel Barsoum di Drexel University telah memajukan teknologi ini seolah-olah baru dalam beberapa tahun yang lalu, tetapi asal-usulnya kembali jauh lebih jauh dari yang mungkin menyedari.
Kepada Piramid Besar Mesir, sebenarnya. Kumpulan Barsoum telah menjalankan penyelidikan yang sepertinya membuktikan beberapa batu dalam piramid itu dibuang menggunakan bentuk awal simen, bukannya diukir dari batu kapur. Jika beberapa bahan yang digunakan untuk membina piramid memang dibuang, dan telah berlangsung selama 4,500 tahun, mengapa tidak menggunakannya dalam bahan bangunan hari ini, dia tertanya-tanya?
"OPC bertanggungjawab untuk 5 hingga 8 peratus daripada COand dunia menggunakan sejumlah besar tenaga," kata Alex Moseson, seorang rakan sejawat yang kini memimpin membawa alternatif Barsoum ke pasaran.
Bahan simen Greenstone
Perbezaan antara simen "Greenstone" yang dibuat oleh Drexel, seperti yang dipanggil, dan simen Portland biasa terletak pada bahan dan kaedah yang digunakan. Greenstone adalah simen diaktifkan alkali (AAC) yang tidak memerlukan pemanasan apabila dibuat. Sebaliknya, AAC bergantung kepada bahan-bahan kitar semula yang tersedia - kebanyakannya produk sisa industri yang telah dipanaskan. Ini termasuk abu terbang, jelaga cerobong yang ditangkap dari loji janakuasa arang batu dan sanga, yang merupakan hasil sampingan proses yang mengubah bijih besi menjadi besi.
Akibatnya, profil kesan alam sekitar Greenstone secara mendadak berbeza daripada OPC, yang menunjukkan penggunaan tenaga kurang 97 peratus dan CO2 dihasilkan. Selain itu, ketersediaan bahan mentah yang siap membawa kos pembuatan dari $ 75 satu tan kepada kira-kira $ 50 satu tan. Dengan kredit karbon yang dijangka, Greenstone menghasilkan tambahan $ 5- $ 20 per ton.
Tetapi bagaimana ia dibandingkan dengan OPC dalam prestasi? "Keputusan kami dan kesusasteraan mengesahkan bahawa ia melakukan atau lebih baik daripada OPC," kata Barsoum. Kumpulan ini dekat dengan melihat ujian industri pas simen yang menetapkan tanda aras untuk kekuatan, menetapkan masa dan kestabilan volumetrik.
Seperti yang penting, kata Moseson, "Kami sentiasa berusaha ke arah simen yang berfungsi di dunia nyata, bukan hanya makmal. Ini bermakna kestabilan rak, kebolehkerjaan, pengawetan suhu bilik, pengangkutan mudah dan banyak lagi. "
Musaon mengejar aplikasi dunia sebenar semasa di IIT Bombay di Mumbai, menjalankan penyelidikan untuk disertasinya. Beliau bekerja dengan penyelidik tempatan untuk membangunkan AAC yang memenuhi piawaian yang ditetapkan di India untuk simen dan menyiasat bagaimana pengeluaran Greenstone dapat memberi kuasa kepada orang yang tinggal di kawasan kumuh. Hari ini, tiga produk yang diperbuat daripada bahan tempatan, menggunakan alat dan buruh tempatan, kini sedang dipertimbangkan oleh pengeluar simen utama di sana.
Kumpulan ini telah mengambil Greenstone dan membentuk sebuah syarikat, Greenstone Technologies, Inc. Mereka mula menerbitkan hasil saintifik mengenai penemuan mereka pada tahun 2009 dan penerbitan November 2011 di Semen dan Konkrit Konkrit membincangkan potensi praktikal simen hijau Drexel. Para penyelidik sedang bercakap dengan pelabur dan rakan kongsi yang mungkin. Dengan dakwaan manfaat kos yang dikurangkan, pencemaran yang dikurangkan dan prestasi yang dipertingkatkan, adakah terdapat halangan untuk meletakkan simen Drexel di pasaran? "Cabaran untuk mendapatkan ini ke pasaran termasuk variasi di antara bahan makanan ... dan masa yang diperlukan untuk mengesahkan bahan baru," kata Moseson. "Walaupun penyelidikan kami membolehkan kami mengimbangi variasi, ia akan membantu jika pemproses memikirkan abu terbang dan sanga sebagai produk bersama dan bukannya produk sampingan untuk menstandardkan bahan-bahan ini untuk digunakan dalam simen.
"Kita juga harus mengatasi kekuatan pasaran yang kuat. OPC adalah pasaran global $ 300 bilion dan pembina dan industri yang meyakinkan untuk menggunakan sesuatu yang lain adalah sukar. Mentakrifkan orang bahawa simen kami akan bertahan selagi OPC apabila ia lebih baru juga menjadi cabaran. " Di samping itu, produk mereka tidak dapat dipatenkan kerana banyak seni sebelumnya - atau pengetahuan terdahulu yang berkaitan dengan teknologi - sejak seawal tahun 1950-an, yang kadang-kadang menjadi penghalang kepada pelabur. Walaupun rintangan ini, minat dalam kerja mereka meningkat.
Menariknya, AAC tidak benar-benar baru. Pada tahun 1950-an dan 1960-an, bentuk AAC telah berjaya digunakan di beberapa bangunan di bekas Kesatuan Soviet. Sebagai tambahan kepada Piramid Besar Mesir, banyak inspirasi untuk penyelidikan ini berasal dari Rom kuno. "Segala sesuatu yang dibina oleh orang Rom terbuat dari ramuan yang serupa," kata Moseson. "Walaupun kita tidak akan tahu selama 2,000 tahun jika kita mempunyai panjang umur bangunan-bangunan Rom, ia memberikan kita gambaran tentang daya hidup barang-barang ini."
Nota Editor: Para penyelidik yang digambarkan dalam artikel Behind the Scenes telah disokong oleh Yayasan Sains Kebangsaan, agensi persekutuan yang bertanggungjawab membiayai penyelidikan asas dan pendidikan di semua bidang sains dan kejuruteraan. Sebarang pendapat, penemuan, dan kesimpulan atau cadangan yang dinyatakan dalam bahan ini adalah pengarang dan tidak semestinya mencerminkan pandangan Yayasan Sains Kebangsaan. Lihat Di belakang Arkib Pemandangan.
