Grafen zamjenjuje pijesak u betonu

Studija koju su proveli istraživači s američkog Sveučilišta Rice iz Houstona u Teksasu, otkrila je da grafen dobiven iz metalurškog koksa, proizvoda na bazi ugljena, može poslužiti ne samo kao aditiv za ojačanje cementa, već i kao zamjena za pijesak u betonu.

"Ovo bi moglo imati veliki utjecaj na jednu od najvećih svjetskih industrija", rekao je James Tour, profesor kemije, znanosti o materijalima i nanoinženjeringa. "Usporedili smo beton napravljen pomoću zamjene agregata grafena, s betonom napravljenim korištenjem agregata od pijeska i otkrili smo da je naš beton 25% lakši, ali jednako čvrst."

Beton, mješavina agregata poput pijeska i šljunka povezanih cementom i vodom, ključan je za urbani razvoj. Budući da se očekuje da će 68% svjetske populacije živjeti u urbanim područjima do 2050. godine, predviđa se da će potražnja za betonom, a time i iskopavanjem pijeska, značajno porasti. To se utrostručilo u posljednja dva desetljeća, dosegnuvši oko 50 milijardi tona godišnje, što ima značajan negativni utjecaj na okoliš.

Proizvodnja cementa, ključne komponente betona, čini 8% svjetskih emisija ugljičnog dioksida. Štoviše, iskopavanje pijeska, uglavnom neregulirano, predstavlja ozbiljnu prijetnju riječnim i obalnim ekosustavima. Prema izvješću Ujedinjenih naroda za 2022., sve veća potražnja za pijeskom, zajedno s rastom stanovništva i urbanim širenjem, uskoro bi mogla izazvati "pješčanu krizu".

Primjenom svoje tehnike "Jouleovog zagrijavanja" na metalurški koks, laboratorij je stvorio vrstu grafena koji bi mogao poslužiti kao zamjena za pijesak u betonu.

"Početni eksperimenti u kojima je metalurški koks pretvoren u grafen rezultirali su materijalom koji je izgledao nalik pijesku", rekao je Paul Advincula, Riceov doktorant koji je vodeći autor studije. "Odlučili smo istražiti korištenje grafena dobivenog iz metalurškog koksa kao potpune zamjene za pijesak u betonu, a naši nalazi pokazuju da bi to stvarno dobro funkcioniralo."

Beton na bazi grafena ne samo da odgovara mehaničkim svojstvima standardnog betona, već nudi i veći omjer čvrstoće i težine.

"Ova tehnika proizvodi grafen brže i u većem opsegu od prethodnih metoda", rekao je Advincula.

S potencijalom smanjenja ovisnosti o prirodnom pijesku i nižim emisijama ugljika iz industrije betona, ova bi nova tehnologija mogla dovesti do održivijih praksi urbanog razvoja.

Trebat će neko vrijeme da cijena grafena padne dovoljno niska da ovo postane održivo, navode istraživači. "Ali ovo samo pokazuje da postoje alternative kojima možemo težiti."

Studiju objavljenu u časopisu ACS Applied Materials možete pronaći na ovoj poveznici.