Cementproduktion står för upp till nio procent av de globala antropogena koldioxidutsläppen, enligt World Business Council for Sustainable Development. Sabbie Miller, biträdande professor vid institutionen för bygg- och miljöteknik, syftar till att ändra på det genom att hitta alternativa sätt att tillverka cement eller helt ersätta det.

Människor har använt cement som byggmaterial i tusentals år. Blandat med vatten och stenfragment, det bildar betong för byggnader, motorvägar och broar.

Att tillverka cement innebär att värma upp kalksten och lera till 1450°C (2640°F), som både förbrukar energi och släpper ut koldioxid. Processen kräver också stora mängder färskvatten. Ändå beror anledningen till att cement spelar en så stor roll i koldioxidutsläppen på den stora mängden betong som hälls över hela världen.

"Det är en återspegling av samhällets förändring och byggandet av mer infrastruktur, sa Miller.

Mjölnare, som sitter i hållbarhetskommittén för American Concrete Institute, fokuserar sin forskning på tre områden:Alternativa material till konventionell cement, sätt att ersätta eller minska mängden cement i betong, och tekniska tillvägagångssätt som inriktar sig på önskade begränsningsstrategier för att minska miljöpåverkan från cement och betong.

"Jag har upptäckt att konstruktionsdesign och materialteknik sällan möter vägar - om konstruktionsingenjören säger att jag behöver en 25 MegaPascal (standard) betong, ingen säger någonsin kan jag göra om strukturen så att jag kan komma undan med mindre, men högre hållfast betong, " Hon sa.

En nyligen genomförd studie av Miller och kollegor publicerad i Naturmaterial beskriver hur området hållbar forskning utvecklas; små förändringar med lätt implementerbara metoder skulle dramatiskt kunna minska de globala växthusgasutsläppen från betongproduktion med cirka 20 procent, hon argumenterar. Miller har även undersökt mindre vanligt förekommande miljöpåverkan vid tillverkning av betong, som vattenbehov, och har visat att produktionen av detta enda material resulterar i cirka 20 procent av den globala industriella vattenförbrukningen.

Det finns ett brett utbud av alternativa material som kan användas för att tillverka cement med mindre energi, eller att ersätta cement i betong. Miller vill veta hur dessa alternativ påverkar de strukturella och termiska egenskaperna hos betong och cement. Hur jämför de med konventionella material? Hur länge håller de och vad händer när de går sönder? Vilka råvaror behövs för att producera dem och vilken påverkan har den produktionen på miljön?

För vissa applikationer, det kan vara möjligt att använda mindre av ett alternativt material och ändå minska miljöpåverkan genom att förbättra en strukturs totala styrka och hållbarhet.

"Långlivslängd kan minska efterfrågan på material i samband med utbyte och underhåll, sa Miller.

Utan att den globala efterfrågan på betong minskar, det finns gott om möjligheter att minska påverkan på råvaror, energianvändning, vattenbehov, och koldioxidutsläpp.

"Det är själva kanten av en ocean av forskning, sa Miller.