Ερευνητές στην Ινδία δοκίμασαν βιοκάρβουνο από επεξεργασμένη ιλύ ανθρώπινων αποβλήτων ως μερική αντικατάσταση του τσιμέντου και διαπίστωσαν ότι το σκυρόδεμα μπορεί να γίνει ισχυρότερο. Στα δείγματα που εξετάστηκαν, η αντικατάσταση του 10% του τσιμέντου αύξησε, έπειτα από 91 ημέρες ωρίμανσης, τη θλιπτική αντοχή κατά 21% και την καμπτική αντοχή κατά 42% σε σχέση με το συμβατικό μείγμα. Το εύρημα έχει ενδιαφέρον επειδή συνδέει την αξιοποίηση ενός δύσκολου ρεύματος αποβλήτων με τη μείωση της χρήσης τσιμέντου.
Πώς η ιλύς μετατράπηκε σε υλικό για σκυρόδεμα
Το υλικό προήλθε από ιλύ μονάδας επεξεργασίας ανθρώπινων αποβλήτων στο Warangal της Ινδίας. Δεν προστέθηκαν απευθείας περιττώματα στο σκυρόδεμα. Η ιλύς πρώτα ξηράνθηκε και στη συνέχεια υποβλήθηκε σε πυρόλυση, δηλαδή θερμική επεξεργασία σε περιβάλλον με περιορισμένο οξυγόνο, σε θερμοκρασίες περίπου 350 έως 450 βαθμών Κελσίου.
Μετά την επεξεργασία προέκυψε ένα πορώδες, πλούσιο σε άνθρακα υλικό. Οι ερευνητές το άλεσαν και το κοσκίνισαν, ώστε να μετατραπεί σε λεπτή σκόνη κατάλληλη για ανάμειξη με το τσιμέντο.
Δημιουργήθηκαν μείγματα στα οποία το βιοκάρβουνο αντικαθιστούσε το 5%, το 10% ή το 15% του τσιμέντου. Οι δοκιμές δεν περιορίστηκαν στη μηχανική αντοχή, αλλά περιέλαβαν επίσης την απορρόφηση νερού, το πορώδες και τη συρρίκνωση κατά την ξήρανση.
Οι καλύτερες επιδόσεις εμφανίστηκαν στις χαμηλότερες αναλογίες
Το μείγμα με 5% βιοκάρβουνο παρουσίασε, μετά από 91 ημέρες, περίπου 20% μεγαλύτερη θλιπτική αντοχή και 36% μεγαλύτερη καμπτική αντοχή από το συμβατικό σκυρόδεμα. Στην αναλογία του 10%, οι αυξήσεις έφτασαν το 21% και το 42% αντίστοιχα.
Η καμπτική αντοχή αφορά την ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται σε φορτία που τείνουν να το λυγίσουν. Επομένως, το ποσοστό 42% δεν σημαίνει ότι το σκυρόδεμα έγινε συνολικά κατά 42% ισχυρότερο.
Η μεγαλύτερη ποσότητα βιοκάρβουνου δεν οδήγησε σε καλύτερα αποτελέσματα. Στο 15%, η συνολική μηχανική συμπεριφορά ήταν χαμηλότερη από εκείνη των μειγμάτων με 5% και 10%. Η μικροσκοπική εξέταση έδειξε ότι οι χαμηλές συγκεντρώσεις συνδέονταν με πιο πυκνή και καλύτερα συνδεδεμένη δομή, ενώ στο 15% εμφανίστηκαν περισσότερα κενά, ρωγμές και ασθενέστερες περιοχές σύνδεσης.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι το πορώδες βιοκάρβουνο μπορεί να αποθηκεύει νερό και να το απελευθερώνει σταδιακά, υποστηρίζοντας τις αντιδράσεις ενυδάτωσης του τσιμέντου. Παράλληλα, το πυρίτιο που περιέχει ενδέχεται να συμβάλλει σε ποζολανικές αντιδράσεις, ενώ τα λεπτά σωματίδιά του μπορούν να γεμίζουν μικροσκοπικά κενά στο μείγμα.
Θετικά εργαστηριακά στοιχεία, με ανοιχτά ζητήματα
Οι δοκιμές ανθεκτικότητας έδειξαν ότι, μετά από 28 ημέρες, ακόμη και τα δείγματα με 15% βιοκάρβουνο είχαν απορρόφηση νερού και πορώδες συγκρίσιμα με το συμβατικό σκυρόδεμα. Σε μικρότερες αναλογίες, ιδιαίτερα γύρω στο 5%, ορισμένοι δείκτες ήταν καλύτεροι. Σε δοκιμές κονιάματος, η συρρίκνωση κατά την ξήρανση στο μείγμα με 10% βιοκάρβουνο ήταν, μετά από 120 ημέρες, παρόμοια με εκείνη συμβατικού κονιάματος με τσιμέντο Portland.
Ωστόσο, τα αποτελέσματα παραμένουν εργαστηριακά. Χρειάζονται δοκιμές σε κύκλους ψύξης και απόψυξης, σε συνθήκες υψηλής αλατότητας, σε μεταβολές θερμοκρασίας και σε πολυετή έκθεση. Επιπλέον, πρέπει να εξεταστεί αν βαρέα μέταλλα που ενδέχεται να υπάρχουν στην ιλύ παραμένουν σταθερά εγκλωβισμένα ή αν μπορούν να εκπλυθούν με την πάροδο του χρόνου.
Η μερική αντικατάσταση του τσιμέντου παρουσιάζει περιβαλλοντικό ενδιαφέρον, όμως η μελέτη δεν περιέλαβε πλήρη ανάλυση κύκλου ζωής ούτε υπολόγισε το συνολικό ανθρακικό αποτύπωμα της παραγωγής του βιοκάρβουνου και του τελικού σκυροδέματος. Το επόμενο ζητούμενο είναι να διαπιστωθεί αν οι εργαστηριακές επιδόσεις μπορούν να διατηρηθούν με ασφάλεια, οικονομικά και με πραγματικό περιβαλλοντικό όφελος σε μεγαλύτερη κλίμακα.
