Rice Üniversitesi bilim insanları net sıfır emisyon geleceğine giden yolun inşaat sektörünün vazgeçilmezi olan betonun çimento yerine kömür uçucu külü (CFA) kullanılarak üretilmesinde görüyor.
Betonun ana maddelerinden olan çimento üretimi, dünyadaki yıllık karbondioksit emisyonlarının kabaca %8’ini oluşturuyor ve bu da onu sera gazı emisyonlarını azaltma hedeflerinin önemli bir parametresi haline getiriyor. Bu sonuçlar doğrultusunda, Rice laboratuvarından James Tour, beton karışımlarında sıklıkla kullanılan kömür bazlı elektrik santrallerinin toz halindeki bir yan ürünü olan uçucu külden zehirli ağır metalleri çıkarmak için ani joule ısıtma yöntemini kullandı. Arıtılmış uçucu külü kullanmak, ihtiyaç duyulan çimento miktarını azaltır ve betonun kalitesini artırır.
Communications Engineering’de yayınlanan makaleye göre, bir beton numunesi yapmak için kullanılan çimentonun %30’unu saflaştırılmış kömür uçucu külüyle değiştirmek, betonun mukavemetini ve elastikiyetini sırasıyla %51 ve %28 oranında artırdı.
Tour laboratuvarında doktora sonrası araştırma görevlisi olan baş yazar Bing Deng, “Çimento üretiminden kaynaklanan emisyonları azaltmak, küresel sera gazı emisyonlarını azaltmak için çok önemlidir ve çalışmanın büyük resmi bu.” sözlerini kullandı.
Rice mühendisi Satish Nagarajaiah,’’ Betondaki çimento içeriğinin azaltılması, emisyonların azaltılmasına yardımcı olacaktır.” sözleri ile çimento üretiminin önemli bir karbondioksit emisyonu kaynağı olduğuna dikkat çekti.
Tour, “Kömür uçucu külü kullanırsanız daha az beton kullanabilirsiniz ancak uçucu kül, ağır metaller içerir. Genellikle bir şeyi düzeltmeye çalışırken başka bir şeyi mahvediyoruz. Bu atıkla, yani kömür uçucu külüyle bir şeyler yapma çabamızda, ağır metaller dışarı sızdığı için çevremizi kirletiyoruz. Su onu çevremize taşıyor ve karayolları boyunca toprağımızı kirletiyor.” açıklamasını yaptı.
Her yıl dünya çapında yaklaşık 750 milyon ton kömür uçucu külü üretilmektedir. Rice bilimcileri, külün içindeki ağır metallerin %90’a kadarını ortadan kaldırabilen ve altyapı kullanımı için daha uygun hale getiren ani joule ısıtma yöntemine dayalı hızlı ve su kullanılmayan bir süreç geliştirdi.
Deng, “Temel olarak, uçucu külü karbon siyahı ile karıştırıyoruz, çünkü uçucu kül elektriği iletmiyor ve karbon siyahı, karışımı iletken hale getiriyor. Karışımı iki grafit veya bakır elektrot arasına yerleştiriyoruz ve numuneye kısa bir akım darbesi sağlamak için bir kondansatör kullanıyoruz. Bu yüksek akım (~120 A) girişi, numune sıcaklığını yaklaşık 3.000 santigrat dereceye çıkarıyor. Böylece ağır metallerin buharlaşması sağlanıyor. Bu yöntemi kullanarak kömür uçucu külündeki ağır metalleri çok yüksek verimle bertaraf edebiliyoruz. Arsenik, kadmiyum, kobalt, nikel ve kurşun gibi farklı ağır metaller için sadece bir saniyede %70 ila %90’a varan uzaklaştırma verimliliği vardır ve çok hızlı bir işlemdir.” ifadelerini kullandı.
Deng, ” C ve F sınıfları olmak üzere, farklı inorganik bileşenlere sahip iki ana uçucu kül sınıfı vardır. Yönetimimizin her iki tür kömür uçucu külü için de işe yaradığını bulduk. Aynı zamanda kırmızı çamur veya boksit kalıntısı gibi diğer tehlikeli atıklar için de işe yarıyor. Bu, sürecin büyük ölçekli endüstriyel katı atık dekontaminasyonu için genelleştirilmiş bir yaklaşım haline gelebileceğini gösteriyor.” ifadelerini kullandı.
Rice üniversitesi doktora sonrası araştırma görevlisi ve çalışmanın yardımcı yazarı Wei Meng, “Arıtılmış kömür uçucu külü yalnızca çevre için daha iyi değil, aynı zamanda beton mukavemetini ve kalitesini de artırıyor. Beton karışımındaki çimentonun %30’unu saflaştırılmış kömür uçucu külüyle değiştirerek, kompozitin basınç dayanımı ve elastik modülünün önemli ölçüde arttığını bulduk. Bu, yapısal mühendislik ve inşaat sektörü için çok anlamlı çünkü daha az çimento ile daha güçlü yapılar inşa edilebiliyor.” ifadeleri ile çalışmadaki sonuçlardan bahsetti.
Tour laboratuvarının çalışma süreci, buharlaşan ağır metallerin çevreye salınmak yerine bir vakum odasında toplanmasını sağlar ayrıca, işlem sırasında tüketilen enerji düşüktür.
Meng, “Enerji tüketiminin ton başına yaklaşık 532 kilovat olduğunu hesapladık. Bunu Teksas elektrik fiyatlarına çevirirsek, ton başına yaklaşık 21 dolar çıkıyor. Yaşam döngüsü analizi, aslında bu atık malzemelere önem verebileceğimizi gösteriyor.” dedi
Tour, “Çevre için büyük bir kazanç. Emisyonları azaltıyorsunuz ve bu süreçte ağır metalleri sızdırmıyorsunuz.” diyerek çalışmanın yeşil çevre için katkılarını dile getirdi.
Kaynak