Ученые из Университета Монаша в Австралии разработали способ, позволяющий цементу гораздо эффективнее поглощать углекислый газ. Для этого они использовали глицин. Добавка в долях процента изменила химический ход реакций в цементе, ускорив процесс связывания CO2 примерно в четыре раза и одновременно повысив прочность полученного материала.
Работа относится к направлению так называемого карбонизационного твердения, при котором бетон не просто застывает, а активно вбирает углекислый газ из окружающей среды. В ходе этого процесса CO2 вступает в реакцию с компонентами цемента, превращаясь в стабильный карбонат кальция (CaCO3), и фактически навсегда закрепляется внутри материала. Эта технология считается одним из наиболее эффективных способов снижения углеродного следа строительства. Проблема в том, что реакция протекает медленно, требует повышенной температуры или давления и нередко ослабляет структуру цемента.
Австралийские ученые предложили вмешаться в этот процесс на молекулярном уровне. Они добавили в цементную смесь минимальное количество глицина, который играет ключевую роль в природных механизмах образования таких твердых минералов, как раковины и кораллы. После этого образцы подвергли стандартному циклу карбонизации, чтобы сравнить их с обычным цементом.
На стадии предварительного твердения глицин изменил химическое поведение цементной массы. Он ускорил растворение минеральных частиц и высвобождение ионов кальция, частично нейтрализовал щелочность раствора, связал кальций и облегчил его переход в раствор. В результате концентрация кальция в порах оказалась почти в четыре раза выше, чем в контрольных образцах, а структура цемента стала более проницаемой для углекислого газа.
Когда началась стадия подачи CO2, реакция пошла значительно быстрее. Уже через час в модифицированном образце образовалось столько же карбоната кальция, сколько в обычном цементе лишь спустя четыре-пять часов. При этом процесс протекал без нагрева и повышенного давления.
После того, как материал с глицином затвердел, он оказался плотнее и прочнее. Общий объем пор снизился примерно на 22%, а прочность на растяжение выросла на 17%. Ученые объясняют этот эффект образованием органо-неорганических гибридных структур, в которых молекулы глицина частично встраиваются в кристаллы карбоната кальция и усиливают их.
Глицин был выбран лишь как самая простая из аминокислот. В дальнейшем планируется испытать и другие соединения, включая аргинин, серин или аспарагиновую кислоту, чтобы определить, какие из них наиболее эффективно управляют процессом карбонизации. В перспективе такие исследования могут привести к созданию нового поколения биоактивных цементов, которые будут не только быстрее улавливать углекислый газ, но и формировать более прочную и долговечную структуру.
