США создают цемент будущего из вулканических пород: выбросы CO2 сократятся на 67%

В то время как строительная отрасль отчаянно ищет экологичные альтернативы, портландцемент остается самым востребованным материалом в мире. Однако его производство наносит серьезный ущерб экологии. Чтобы получить клинкер — основной компонент цемента, — необходимо нагревать известняк до температур свыше 1400 °C. В ходе этой химической реакции неизбежно высвобождается огромный объем углекислого газа (CO2).

Геофизик Тициана Ванорио в течение десяти лет работала над альтернативой, вдохновленной природой вулканов. Её проект под названием Phlego предлагает формулу цемента из материалов, которые индустрия игнорировала десятилетиями.

Вулканические породы как ключ к экологичному строительству

Технология Phlego заменяет известняк изверженной вулканической породой, которая не содержит карбонатов. При её нагревании в процессе производства практически не выделяется CO2, так как углерод был удален из этих пород естественными вулканическими процессами еще в момент их формирования.

Вместо выбросов в атмосферу, термическая обработка позволяет получить модифицированную пуццолану, богатую химическими активаторами. Они выполняют те же функции, что и известь в традиционном клинкере. В результате объем выбросов углерода сокращается на 67% по сравнению со стандартным портландцементом.

Помимо экологичности, новый материал демонстрирует повышенную прочность. В процессе производства в микроструктуре цемента образуются минеральные волокна тоберморита. Эти волокна служат внутренним армированием, препятствуя распространению трещин и позволяя материалу выдерживать экстремальные деформации до того, как произойдет разлом. В ряде случаев такой состав соответствует отраслевым стандартам даже без использования дополнительной стальной арматуры.

Секрет древнеримских строителей

Тициана Ванорио выросла в Поццуоли, городе к западу от Неаполя, расположенном в активной вулканической зоне. Исследуя недра родного края, она обнаружила, что горные породы под её домом обладают уникальными свойствами благодаря циркулирующим в них магматическим флюидам.

Тип вулканического пепла из этого региона дал название целой категории строительных материалов — пуццолане. Именно её древние римляне использовали для создания своего строительного раствора. Opus caementicium — римский бетон — сочетал в себе вулканический пепел, известь и морскую воду. Результат оказался феноменальным: Пантеон в Риме стоит уже более двух тысяч лет без серьезного ремонта.

Проект Phlego берет эту античную логику и адаптирует её под современные инженерные нужды. Вместо необработанного пепла используется переработанная изверженная порода, что позволяет максимально эффективно задействовать природные химические активаторы.

Совместимость с действующим производством

Одним из главных преимуществ Phlego является возможность интеграции в существующую промышленную инфраструктуру. Технология не требует строительства новых заводов или закупки специализированного оборудования. Она может быть внедрена на современных цементных предприятиях с минимальными изменениями в техпроцессе.

«В таких сложных для декарбонизации секторах, как производство цемента, кратчайший путь к успеху лежит через совместимость, а не через радикальную ломку сложившихся процессов», — отмечает Ванорио.

Основным вызовом на пути к массовому использованию остается обеспечение стабильных поставок вулканической породы в промышленных масштабах, учитывая, что мировой сектор производит более 4 миллиардов тонн цемента в год. Однако потенциальная выгода огромна: современные бетонные конструкции служат в среднем от 50 до 100 лет, в то время как римские аналоги стоят тысячелетия. Если разработка ученых сможет повторить эту долговечность, это кардинально снизит необходимость в частом сносе и повторном строительстве зданий.