En av de stora bidragsgivarna till klimatförändringarna är precis under dina fötter, och omvandling av det kan vara en kraftfull lösning för att hålla växthusgaser borta från atmosfären.

Tillverkning av cement, bindningselementet i betong, stod för 7 % av de totala globala koldioxidutsläppen 2018. Betong är en av de mest använda resurserna på jorden, med uppskattningsvis 26 miljarder ton produceras årligen över hela världen. Den produktionen förväntas inte sakta ner på åtminstone två decennier till.

Med tanke på branschens omfattning och dess utsläpp av växthusgaser, Teknik som kan återuppfinna betong kan ha djupgående effekter på klimatförändringarna.

Som ingenjörer som arbetar med frågor som rör infrastruktur och konstruktion, vi har designat nästa generations betongteknik som kan minska infrastrukturens koldioxidavtryck och öka hållbarheten. Det inkluderar CO ₂ -infunderad betong som låser växthusgasen och kan vara starkare och till och med böjbar.

Branschen är mogen för dramatiska förändringar, särskilt med Biden-administrationen som lovar att investera stort i infrastrukturprojekt och samtidigt minska de amerikanska utsläppen. Dock, att sätta CO ₂ att arbeta i betong i stor skala på ett sätt som drastiskt minskar utsläppen, alla dess relaterade utsläpp måste beaktas.

Att tänka om betong

Betong består av aggregatmaterial - främst stenar och sand - tillsammans med cement och vatten.

Eftersom cirka 80 % av betongens koldioxidavtryck kommer från cement, forskare har arbetat med att hitta ersättningsmaterial.

Industriella biprodukter som järnslagg och kolflygaska används nu ofta för att minska mängden cement som behövs. Den resulterande betongen kan ha betydligt lägre utsläpp på grund av den förändringen. Alternativa pärmar, såsom kalkstensbränd lera, kan också minska cementanvändningen. En studie visade att användning av kalksten och bränd lera kunde minska utsläppen med minst 20 % samtidigt som produktionskostnaderna minskade.

Förutom att utveckla blandade cement, forskare och företag fokuserar på sätt att använda fångad CO ₂ som ingrediens i själva betongen, låsa in den och hindra den från att komma in i atmosfären. CO ₂ kan tillsättas i form av aggregat — eller injiceras under blandning. Kolsyrahärdning, även känd som CO ₂ härdning, kan även användas efter att betong har gjutits.

Dessa processer omvandlar CO ₂ från en gas till ett mineral, skapa fasta karbonater som också kan förbättra betongens hållfasthet. Det betyder att strukturer kan behöva mindre cement, minska mängden relaterade utsläpp. Företag som CarbonCure och Solidia har utvecklat teknik för att använda dessa processer för betong som gjuts på byggarbetsplatser och i prefabricerad betong, såsom askeblock och andra byggmaterial.

Vid University of Michigan, vi arbetar med kompositer som ger ett böjbart betongmaterial som tillåter tunnare, mindre spröda strukturer som kräver mindre stålarmering, ytterligare minska relaterade koldioxidutsläpp. Materialet kan konstrueras för att maximera mängden CO ₂ det kan lagras genom att använda mindre partiklar som lätt reagerar med CO ₂ , gör det till mineral.

Kompaniet ₂ -baserad böjbar betong kan användas för allmänna byggnader, vatten- och energiinfrastruktur, samt transportinfrastruktur. Böjbar betong användes i det 61 våningar höga Kitahama-tornet i Osaka, Japan, och vägbroplattor i Ypsilanti, Michigan.

Utmaningen med livscykelutsläpp

Dessa banbrytande teknologier kan börja ta itu med betonginfrastrukturens koldioxidavtryck, men det finns fortfarande hinder.

I en studie publicerad 8 februari, tre av oss tittade på livscykelutsläppen från infusion av CO ₂ till konkret och fann att uppskattningar inte alltid tog hänsyn till utsläpp från CO ₂ fånga, transport och användning. Med kollegor, vi kom fram till strategier för att säkerställa att kolhärdning har en stark utsläppsfördel.

Övergripande, vi rekommenderar att du utvecklar en standard CO ₂ härdningsprotokoll. Labexperiment visar att CO ₂ härdning kan förbättra betongens hållfasthet och hållbarhet, men resultaten varierar med specifika härdningsprocedurer och betongblandningar. Forskning kan förbättra förutsättningarna och tidpunkten för steg i härdningsprocessen för att öka betongens prestanda. Elanvändningen – den största utsläppskällan vid härdning – kan också minskas genom att effektivisera processen och eventuellt använda spillvärme.

Avancerade betongblandningar, särskilt böjbar betong, redan börjat ta itu med dessa problem genom att öka hållbarheten.

Sammanfoga infrastruktur och klimatpolitik

År 2020, en lång rad företag tillkännagav åtgärder för att minska sina utsläpp. Dock, statlig investerings- och upphandlingspolitik behövs fortfarande för att omvandla byggbranschen.

Lokala myndigheter tar de första stegen. Regler och projekt för "lågt innehåll av kolbetong" för att minska mängden cement i betong har dykt upp runt om i landet, inklusive i Marin County, Kalifornien; Hastings-on-Hudson, New York; och en trottoarpilot i Portland, Oregon.

I New York och New Jersey, lagstiftare har föreslagit policyer på statlig nivå som skulle ge prisrabatter i anbudsprocessen till förslag med de lägsta utsläppen från betong. Dessa policyer skulle kunna fungera som en plan för att minska koldioxidutsläppen från betongproduktion och andra byggmaterial.

Nationell, fallandet av federalt förvaltad infrastruktur har varit en stadigt växande kris. Biden-administrationen kan börja ta itu med dessa problem, såväl som klimatförändringar, och skapa jobb genom ett strategiskt infrastrukturprogram.

Transportminister Pete Buttigieg förklarade nyligen att det finns "enorma möjligheter för att skapa jobb, rättvisa och klimatprestationer när det gäller att utveckla Amerikas infrastruktur." Politiker som lyfter lågkolhaltig betong till en rikstäckande klimatlösning kan följa.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.