Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Publikoval: Erik Novotný
10. júla 2023

Stavebné materiály – ako je betón, cement a asfalt – sú jedny z najpoužívanejších materiálov na svete a sú hlavnými prispievateľmi k emisiám uhlíka.

A ich používanie sa v budúcnosti nezníži, pretože ľudia musia vytvárať nové budovy a cesty tvárou v tvár neustále rastúcej populácii.

Samotný betón dnes predstavuje 8 % všetkých emisií uhlíka. Cement, kľúčová zložka betónu, je tiež najrozšírenejším umelým zdrojom na svete – ročne sa vyrobí viac ako štyri miliardy ton.

Vzhľadom na pokračujúce používanie cementu a betónu, ako aj asfaltu (vytvoreného z ropy na použitie pri stavbe ciest), musia byť tieto materiály šetrnejšie k životnému prostrediu, aby vyhovovali moderným cieľom udržateľnosti.

Tu prichádza na rad nanotechnológia a konkrétne uhlíkový derivát, grafén, keďže na trhu už existujú betónové a cementové výrobky, ktoré obsahujú grafén a sú oveľa ekologickejšie.

Komercializácia grafénového asfaltu nie je taká rozšírená, ale niekoľko úspešných testov v reálnom svete v Spojenom kráľovstve a EÚ znamená, že nepotrvá dlho, kým dosiahne rovnakú úroveň ako iné stavebné materiály vylepšené grafénom.

Grafénom obohatený betón a cement pre znížené emisie uhlíka

Betón je pevný a má nízku cenu, takže je ideálnym stavebným materiálom, ale časom degraduje a vo všeobecnosti je potrebné veľa materiálu, aby uniesol veľké zaťaženie.

Zavedenie malého množstva grafénu (zvyčajne menej ako 1 % a často len 0,1 % z celku) do cementu alebo celkovej betónovej zmesi môže priniesť niekoľko výhod dlhej životnosti, vrátane 25 % zvýšenia pevnosti v ťahu, 35 % zvýšenia pevnosť v tlaku a štvornásobné zvýšenie odolnosti voči vode.

Tieto zlepšené fyzikálne vlastnosti tiež znamenajú, že menšie množstvo môže uniesť väčšie zaťaženie; konštrukcie, ktoré boli doteraz vytvorené z grafénom obohateného betónu, vyžadovali o 33 % menej materiálu, aby dosiahli podobné konštrukčné vlastnosti a odolnosť.

Jednoduchým znížením objemu potrebného materiálu pomocou grafénu sa predpokladá, že 8 % globálna uhlíková stopa betónu by sa mohla znížiť až o 2 %.

Existuje už niekoľko spoločností, ktoré vyrábajú cement vylepšený grafénom, betónovú zmes vylepšenú grafénom alebo prímesi grafénu do existujúcich betónových výrobkov.

Zlepšenie životnosti ciest pomocou grafénu

Práca na cestách vylepšených grafénom bola z veľkej časti výsledkom spolupráce medzi vládnymi orgánmi a súkromnými spoločnosťami, takže hoci materiály nie sú nevyhnutne dostupné verejnosti, robí sa veľa práce na tom, aby sa cesty vylepšené grafénom dostali do rôznych krajín – niekoľko ciest v Spojenom kráľovstve a Taliansku už mali ošetrenie grafénom.

Prvý úspešný test na ceste s grafénom použili na 1 km úseku cesty mimo Ríma v Taliansku prostredníctvom spolupráce medzi talianskym výrobcom stavebných prísad Iterchemica a výrobcom grafénu Directa Plus. Potom boli na rímskom letisku Fiumicino položené ďalšie grafénové cesty.
 
Počiatočná skúška ukázala, ako grafén zvýšil odolnosť proti únave obslužnej komunikácie o viac ako 250 %, nepriamu pevnosť v ťahu o 35 % a odolnosť voči deformácii o 46 %, pričom znížil trvalú plastickú deformáciu o 35 %.
 
Grafén tiež dodáva asfaltu vysokú tepelnú stabilitu, vďaka čomu lepšie odvádza teplo a vyrovnáva sa so zvyšujúcimi sa teplotami vozovky v dôsledku dlhotrvajúcich horúčav spôsobených klimatickými zmenami.
 

Od úspechu v Taliansku bolo spustených niekoľko testov v Spojenom kráľovstve: prvý bol 750 m úsek cesty v Curbridge, Oxfordshire, v spojení so spoločnosťami Skanska a Directa Plus, so správami o zvýšenej životnosti vozovky až o 70 %. Tento úspech viedol k druhému pokusu v Oxfordshire na Marsh Lane v Oxforde.

Directa Plus a Skanska tiež spolupracovali s Ministerstvom dopravy Spojeného kráľovstva na obnove povrchu East Hill v Dartforde v štáte Kent, pričom výsledky ukazujú, že obnova povrchu pomocou grafénových ciest by mohla z dlhodobého hľadiska stáť až o 32 % menej ako bežný asfalt.

Veľký projekt bol aj na A1 na severovýchode Anglicka, na severnej ceste medzi Newton on the Moor a West Cawledge, do ktorého bol zapojený britský National Highways Authority, Graphene Engineering Innovation Center (GEIC) a Pavement Testing Services (PTS). ).

Existujúci povrch cesty bol vykopaný a k recyklovanému asfaltu sa pridal grafén, ktorý bol potom znovu položený, čím sa stal doteraz najdlhším úsekom cesty vylepšenej grafénom s dĺžkou 5 k.

Rovnako ako v prípade betónu a cementu vylepšeného grafénom, na získanie rovnakých výhod je potrebných menej materiálu ako štandardný asfalt, takže je z dlhodobého hľadiska šetrnejší k životnému prostrediu a nákladovo efektívnejší.

Grafén nielenže zlepšuje životnosť vozovky, ale vedie k menšiemu poškodeniu vozidla prostredníctvom menšieho počtu výmoľov a lepších podmienok na ceste.

Skúšky pokračujú, ale v budúcnosti existuje veľký potenciál na obnovu alebo vytváranie cestných systémov, ktoré budú trvanlivejšie a ekologickejšie.

Zdroj: https://nano-magazine.com/news/2023/7/4/nanotechnology-for-combatting-climate-change-construction-materials

Prelomy v nano poľnohospodárstve a úloha investícií

  Keďže sa očakáva, že globálna populácia do roku 2050 vzrastie na 9,9 miliardy, je vyvíjaný tlak na prijatie efektívnejších a udržateľnejších poľnohospodárskych postupov. Nanotechnológia sa v tejto oblasti ukazuje ako kritický hráč, ktorý sľubuje zvýšenie...

5 veľkých chýb pri umývaní okien

    Umývanie okien je otravná fuška, ktorú chce mať každý pri upratovaní hneď za sebou. Ak chcete mať istotu dokonalého vzhľadu hneď na prvýkrát, oboznámte sa najprv s chybami, ktorým by ste sa mali vyhýbať. ⦁ Vybrali ste si slnečný deň Ak si vyberiete na...

Tipy pre čistú a ekologickú nano kuchyňu

Kuchyňa patrí medzi miestnosti, kde sa najčastejšie stretávame. Prebiehajú tu naše každodenné rituály ako sú raňajky, obedy a často krát tu pripravujeme všelijaké dobroty od výmyslu sveta. Za službu, ktorú nám toto miesto poskytuje, si určite zaslúži poriadnu...

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Je to materiál oslavovaný ako transformačný prielom vo svete technológií – a jeho potenciál je prakticky neobmedzený. Grafén, hrubý len jeden atóm, no napriek tomu neuveriteľne silný a vodivý, bol označený ako zásadný prvok pre nespočetné množstvo priemyselných...

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Prvýkrát v histórii spoločný výskumný tím z Kórejského inštitútu strojov a materiálov (KIMM) a Kórejského pokročilého inštitútu vedy a techniky (KAIST) vyvinul prispôsobené elektronické textílie s použitím grafénu. Prelomovú technológiu viedol hlavný výskumník...

Ľahké, rýchle a ekologické čistenie nano domácnosti

Ak ste niekto, kto nemá rád čistenie a radšej si zaplatí upratovaciu službu, aby to spravila za neho, potom ste pravdepodobne čistili domácnosť zlými produktami, pretože čistenie by nemalo byť také neznesiteľné. Napadlo vás niekedy, prečo sa vaše čistiace prostriedky...

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii Prevratný výskum odhalil mimoriadny jav, pri ktorom sa voda môže priamo zapájať do elektrónov grafénu, pozoruhodnej mriežky atómov uhlíka usporiadaných do voštinovej štruktúry. Tento podmanivý objav kvantového...

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Výskumníci z univerzity RMIT našli inovatívny spôsob, ako rýchlo odstrániť nebezpečné mikroplasty z vody pomocou magnetov. Vedúca výskumu profesorka Nicky Eshtiaghi uviedla, že existujúcim metódam môže trvať niekoľko dní odstránenie mikroplastov z vody, zatiaľ čo ich...

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Zlato, najžiadanejší ušľachtilý kov, fascinuje ľudstvo po stáročia. Nedávny prelomový výskum spôsobil revolúciu v našom chápaní transportu a akumulácie zlata odhalením jedinečnej schopnosti nanočastíc zlata taviť sa a vytvárať nanomateliny zlata pri nižších teplotách....

Ako ľahko udržať sprchu bez vodného kameňa?

Čo je vodný kameň? Podľa slovníka je vodný kameň tvrdá biela látka, zložená hlavne z uhličitanu vápenatého, ktorý obsahuje voda a ktorá sa ukladá na stranách potrubia, varných kanvíc atď. Uhličitan vápenatý sa prirodzene vyskytuje aj v pevných látkach ako je krieda,...

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Zbalenie malých solárnych článkov, ako sú mikrošošovky v zloženom oku hmyzu, by mohlo pripraviť cestu k novej generácii pokročilej fotovoltaiky, tvrdia vedci zo Stanfordskej univerzity. "Perovskity sú sľubné, lacné materiály, ktoré premieňajú slnečné svetlo na...

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Kvalita vzduchu v podzemných cestných tuneloch býva horšia ako v iných cestných prostrediach v dôsledku zlej cirkulácie vzduchu. Na vyriešenie tohto problému vyvinuli výskumníci z Kórejského inštitútu stavebného inžinierstva a stavebných technológií (KICT)...

Prečítajte si aj

Prelomy v nano poľnohospodárstve a úloha investícií

Prelomy v nano poľnohospodárstve a úloha investícií

  Keďže sa očakáva, že globálna populácia do roku 2050 vzrastie na 9,9 miliardy, je vyvíjaný tlak na prijatie efektívnejších a udržateľnejších poľnohospodárskych postupov. Nanotechnológia sa v tejto oblasti ukazuje ako kritický hráč, ktorý sľubuje zvýšenie...

5 veľkých chýb pri umývaní okien

5 veľkých chýb pri umývaní okien

    Umývanie okien je otravná fuška, ktorú chce mať každý pri upratovaní hneď za sebou. Ak chcete mať istotu dokonalého vzhľadu hneď na prvýkrát, oboznámte sa najprv s chybami, ktorým by ste sa mali vyhýbať. ⦁ Vybrali ste si slnečný deň Ak si vyberiete na...

Tipy pre čistú a ekologickú nano kuchyňu

Tipy pre čistú a ekologickú nano kuchyňu

Kuchyňa patrí medzi miestnosti, kde sa najčastejšie stretávame. Prebiehajú tu naše každodenné rituály ako sú raňajky, obedy a často krát tu pripravujeme všelijaké dobroty od výmyslu sveta. Za službu, ktorú nám toto miesto poskytuje, si určite zaslúži poriadnu...

O autorovi

Erik Novotný

Komentáre

0 komentárov

G-5G6MEN8ERY