Бетон — один из самых популярных строительных материалов. Однако он вреден для окружающей среды, в основном из-за выбросов углекислого газа при производстве цемента — одного из основных компонентов бетона. Ученые нашли способ сделать его более экологичным, использовав обычную морковь и свеклу. Кроме того, отходы корнеплодов помогают сделать из бетонных конструкций электрогенераторы.

После воды бетон является самым широко используемым веществом в мире. На производство цемента, ключевого компонента бетона, приходится около 8% глобальных выбросов CO₂. Кроме того, производство клинкера требует высокотемпературной химической реакции, а значит больших затрат энергии.

Цементная промышленность работает над обезуглероживанием и сокращением выбросов ископаемого топлива. Но химическая часть выбросов углекислого газа неизбежна, если не создать принципиально другой тип цемента.

Когда цемент смешивается с водой, он образует пасту, которая связывает песок и щебень, позволяя бетону затвердеть и придавая ему прочность и структуру. Изменение этого процесса — одна из стратегий снижения воздействия цемента на окружающую среду. Профессор Мохамед Саафи из Ланкастерского университета в Великобритании и его коллеги стремятся достичь этой цели в рамках проекта B-SMART. Цемент необходимо смешивать с водой, чтобы он прилипал к песку и щебню и связывал их вместе. Однако не все частицы цемента при этом гидратируются.

«Если мы сможем усилить этот механизм гидратации, его прочность значительно увеличится, и, следовательно, удастся использовать меньше цемента», — объясняет профессор Саафи.

Заменив часть цемента отходами, исследователи надеются сделать бетон более экологичным. Профессор Саафи и его команда обратились за помощью к корнеплодам. Они изучили, можно ли добавить в цемент для укрепления отходы моркови, перерабатываемые для производства детского питания, или остатки от экстракции свекловичного сахара. Используя компьютерное моделирование, они увидели, как сверхтонкие пласты из отходов овощей будут взаимодействовать с цементом. Также ученые изучили влияние овощей как на гидратацию цемента, так и на его механические свойства. Затем они провели эксперименты в лаборатории, чтобы проверить результаты своих симуляций.

В итоге исследователи обнаружили, что использование листов из растительных отходов может улучшить гидратацию цемента. Они действовали как резервуары, которые позволяли воде достигать большего количества частиц цемента и таким образом улучшали его связывающую способность.

Также выяснилось, что добавление корнеплодов в цемент дает дополнительные преимущества. Например, при надавливании на морковь вырабатывается электроэнергия, которая может питать небольшую светодиодную лампу или электронные устройства.

Когда к цементу были добавлены нанолисты их отходов моркови, профессор Саафи и его коллеги обнаружили, что они могут делать не просто экологичный бетон, но и производящий электричество. Если, например, построить мост из такого бетона, электричество может вырабатываться при проезде по нему автомобилей или из-за вибрации или движения, вызванного пешеходами. Это электричество из бетона мjжно будет использовать для питания светодиодов или уличных фонарей.