Новый композитный настил может снизить эффекты строительных материалов глобального потепления

Кредит: Pixabay/CC0 Общественный домен

Здания и производство материалов, используемых в их строительстве, выделяют много углекислого газа (CO2), мощного парникового газа, который способствует глобальному потеплению и изменению климата.Но хранение CO2 в строительных материалах может помочь сделать их более экологически чистыми.

Ученые сообщают, что они разработали комплексный материал настила, который хранит больше CO2, чем требуется для его изготовления, предоставляя «углеродический» вариант, который соответствует строительным нормам и правилам и дешевле, чем стандартный композитный настил.

Исследователи представляют свои результаты на весеннем собрании Американского химического общества (ACS).

По словам Дэвида Хелдранта, органического химика, который является одним из главных исследователей проекта, является ограниченным углеродистым композитами.Композитный настил, который его команда разработала, «является одним из первых составных материалов, которые будут очевидны негативными CO2 в течение его жизненного цикла», говорит он.

По данным Всемирного совета по строительству зеленого здания, материалы и процессы, которые входят в строительство зданий, составляют 11% всех связанных с энергией выбросов углерода.Значительные усилия поступили в разработку поставок здания, которые могут компенсировать эти выбросы, такие как использование переработанных или производственных продуктов.Однако во многих случаях эти устойчивые альтернативы стоят дороже, чем традиционные материалы, или не могут соответствовать их свойствам, таким как сила или долговечность.

Одним из типов строительного материала, перечисления, является многомиллиардная промышленность.Настилочные доски, изготовленные из деревянного пластикового композита, являются популярной альтернативой для пиломатериалов, поскольку они менее подвержены повреждениям от ультрафиолетового излучения и могут длиться дольше.

Композитный настил, как правило, изготавливается из смеси из деревянной щепки или опилок и пластика, таких как полиэтилен высокой плотности (HDPE).Чтобы сделать эти композиты более устойчивыми, одной из альтернативы является использование наполнителей, которые являются отходом или иначе сжигаются.

Это подход, который принимал коллегу Худдебранта Кеерти Каппагантула: использование низкокачественного коричневого угля и лигнина, продукта, полученного из дерева, оставшимся от работы с бумагами, в качестве наполнителя в композитах настила.

Чтобы сделать измельченный уголь и частицы лигнина смешиваться с пластмассами и придерживаться пластмасс, исследовательская группа должна была добавить эфирные функциональные группы на поверхности частиц.Хелдебрант, который работает в Тихоокеанской северо -западной национальной лаборатории (PNNL) и разрабатывает специализированные жидкости для захвата CO2, узнал об этой работе, в чате за кофе с каппагантулом.

Сатиш Нун, еще один следователь проекта, и Хелдрант были взволнованы, когда услышали об этом.«Эфиры по существу представляют собой карбоновые кислоты, которые являются захваченной формой CO2», - объясняет Хелдебрант.Таким образом, команда хотела сделать то же самое и положить CO2 на поверхность частиц в композите, чтобы сделать материал еще более экологически чистым, улучшая механические характеристики композитов.

Чтобы проверить осуществимость этого подхода, команда обратилась к классической химической реакции, чтобы сформировать новую химическую связь между CO2 и функциональной группой, называемой фенолом, которая в изобилии в древесных продуктах, таких как уголь и лигнин.После перенесения реакции частицы лигнина и угля содержали 2–5% CO2 по весу.

Затем команда смешала различные отношения этих частиц с HDPE с образованием коричневато-черных композитов, и они проверили полученные свойства.Композит, содержащий 80% наполнителя, максимизировал количество содержания CO2, демонстрируя прочность и долговечность, которые соответствуют международным строительным норм для материалов настила.

Он был изготовлен с помощью экструзии трения с использованием машины обработки и экструзии PNNL (SHAPETM).Исследователи использовали этот материал, чтобы сформировать композиты длиной 10 футов, которые выглядят и похожи на любые стандартные деревянные композиты, найденные в настилке или мебели для газонов.

В дополнение к их благоприятным физическим свойствам, новые композитные платы предлагают существенное преимущество в области цены и устойчивости.Они на 18% дешевле, чем стандартные композитные платы настила.Они также хранят больше CO2, чем выпускаются во время их производства и срока службы, говорит Худдебрант.Если 3,55 млрд. Футов, продаваемых в США каждый год, были заменены на композитный настил исследователей, по его словам, 250 000 тонн CO2 можно ежегодно, что эквивалентно ежегодным выбросам от 54 000 автомобилей.

Затем исследователи планируют сделать дополнительные составные составы и проверить свойства.Они предполагают, что углеродистые композиты могут быть разработаны для ряда строительных материалов, таких как ограждение и сайдинг.Тем временем команда работает над коммерциализацией своих досок.Этот новый углеродичный настил может быть доступен в розничных продавцах по производству снабжения, как только следующее лето.