Бетон — один из самых востребованных материалов в мире, уступающий по распространенности только воде. Это незаменимый компонент инфраструктуры. Производство бетона в его базовой форме требует смешивания воды, мелкого заполнителя (например, песка), крупного заполнителя (например, гравия) и цемента, который связывает все компоненты вместе. Ученые изучают способы хранения CO2 внутри бетона с 1970-х годов.

Цемент уже реагирует с CO2 — вот почему бетонные конструкции естественным образом поглощают углекислый газ. Но это лишь малая часть того CO2, который выделяется при производстве цемента, необходимого для создания бетона.

Есть два основных метода хранения CO2 в бетоне: карбонизация твердого бетона и карбонизация свежего бетона. В первом случае твердые бетонные блоки помещаются в камеры, куда под высоким давлением закачивается CO2. Во втором углекислый газ впрыскивается в смесь воды, цемента и заполнителей во время производства бетона. В обоих подходах часть введенного CO2 реагирует с цементом, образуя твердые кристаллы карбоната кальция. Это соединение способно улавливать и связывать углекислый газ из атмосферы. Однако оба метода имеют общие ограничения — низкая эффективность улавливания CO2 и высокое потребление энергии. Хуже того: полученный бетон часто недостаточно прочный, из-за чего его сложно применять.

В новом подходе используется принцип карбонизации свежего бетона. Однако, в отличие от традиционного метода, где CO2 подается во всю смесь ингредиентов одновременно, исследователи сначала добавили CO2 в воду, смешанную с небольшим количеством цементного порошка. Затем, смешав эту «газированную» суспензию с оставшимся цементом и заполнителями, они получили бетон, который фактически поглощает CO2 во время процесса производства.

Карбонизированная цементная суспензия обладает гораздо более низкой вязкостью по сравнению с обычной смесью воды, цемента и заполнителей. Это позволяет быстро перемешивать ее и эффективно использовать высокую скорость химических реакций, которые приводят к образованию минералов карбоната кальция. В результате получается бетонный продукт с более высокой концентрацией карбоната кальция, чем при непосредственном впрыскивании CO2 в свежую бетонную смесь.

Прочность нового бетона не уступает обычному. Материал можно использовать в балках, плитах, колоннах, фундаментах — везде, где применяется традиционный бетон.