Einen Weg finden, um Zement stärker zu machen und Treibhausgasemissionen zu reduzieren

Nach der Analyse der Molekülstruktur des Materials können Experten eine neue Formel ableiten, die dazu beiträgt, die Eigenschaften des Materials zu verändern und die Menge der in die Atmosphäre ausgestoßenen Treibhausgase zu beeinflussen.

Im Bauwesen wird am häufigsten Beton verwendet. Beton ist jedoch auch einer der Hauptverursacher der globalen Erwärmung, da er ein Zehntel der in die Atmosphäre ausgestoßenen Treibhausgase produziert.

Eine aktuelle Expertenstudie hat es Wissenschaftlern ermöglicht, eine neue Technik zu entwickeln, mit der die Treibhausgasemissionen deutlich (um etwa die Hälfte) reduziert werden können.

Darüber hinaus kamen Experten nach einer komplexen molekularen Analyse der Betonstruktur zu dem Schluss, dass Beton haltbarer und widerstandsfähiger gegen Beschädigungen gemacht werden kann. Beton wird aus Sand, Wasser und Zement hergestellt. Zur Herstellung von Zement wird wiederum eine Mischung aus zwei Materialarten verwendet – eines angereichert mit Kalzium (meist Kalkstein), das andere mit Silizium (meist Ton). Beim Erhitzen der Mischung auf 1500 °C entsteht eine feste Masse, die als Klinker bezeichnet wird. Bei der Herstellung von Baustoffen (beim Erhitzen, Dekarbonisieren) entstehen die meisten Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre.

Bei der Analyse der Struktur kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass durch die Reduzierung des Kalziumanteils im Material nicht nur die Emissionen gesenkt, sondern auch die Festigkeit des Materials erhöht werden kann.

Zement ist weltweit weit verbreitet und wird Studien zufolge dreimal häufiger verwendet als Stahl. In gewöhnlichem Zement kann das Verhältnis von Kalzium zu Silizium zwischen 1:1 und 2:1 schwanken, wobei 1,7:1 als Norm gilt. Ein detaillierter Vergleich des Materials mit unterschiedlichen Molekülstrukturverhältnissen wurde jedoch bisher nicht durchgeführt. Wie der Autor der Studie anmerkt, erstellten er und sein Team eine Datenbank mit allen chemischen Zusammensetzungen und konnten feststellen, dass das optimale, derzeit verwendete Verhältnis 1,5:1 beträgt.

Wie der Experte erklärte, verbessert sich die Molekularstruktur des Materials durch eine Änderung des Verhältnisses (von einer geordneten Kristallstruktur zu einer chaotischen Glasstruktur). Darüber hinaus haben Experten herausgefunden, dass die Mischung bei einem Verhältnis von 1,5 Teilen Kalzium und 1 Teil Silizium doppelt so stark und widerstandsfähiger gegen Beschädigungen wird.

Alle Schlussfolgerungen der Experten wurden durch eine Vielzahl von Experimenten bestätigt.

Bei der Zementherstellung werden bis zu 10 % der Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre freigesetzt. Experten zufolge werden durch die Reduzierung des Kalziumanteils im Material die CO2-Emissionen in die Atmosphäre deutlich reduziert. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Kohlenstoffemissionen bei der Herstellung von Zement mit reduziertem Kalziumanteil um 60 % sinken werden.

Diese Arbeit der Spezialisten stellt den Abschluss einer fünfjährigen Zusammenarbeit von Spezialisten des Massachusetts Institute of Technology und des National Center for Scientific Research (CNRS) dar, mit Roland Peleng als Leiter des wissenschaftlichen Projekts.

Experten gehen davon aus, dass die neue Formel zur Zementherstellung aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Arten mechanischer Beschädigungen für Gas- und Ölunternehmen interessant sein könnte, da Zement dort Lecks und Durchbrüche in Rohren verhindert.

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