Gamla däck ger grafen som förstärker betong

2021-04-02 06:30  
Med ett elektronmikroskop kan man se den struktur som gör turbostratiskt grafen mer lösligt och därmed till ett bättre kompositmaterial. Foto: The Tour Research Group

Forskare har vässat en process där man omvandlar gammalt gummi till grafen. Materialet kan göra betong avsevärt mycket starkare, vilket även ger miljövinster.

Betongkonstruktioner utgör ett av de största miljöproblemen – eller snarare tillverkningen av den cement som ingår i byggmaterialet. Enligt Rice University kan cementproduktionen stå för 9 procent av jordens koldioxidutsläpp från mänskliga aktiviteter.

Kina är ledande inom området – i negativ bemärkelse. Där släppte cementproduktionen ut 823 miljoner ton koldioxid under 2019, enligt Statista. Men även länder som Vietnam och Indonesien har kraftigt ökande utsläpp från cementtillverkning.  

Enligt branschen själva kommer cirka 60 procent av utsläppen vid produktionen från själva processen, och resterande koldioxid härrör från de fossila bränslen som används. Det pågår en flitig verksamhet för att hitta material som kan stärka betongen och därmed öppna för en minskad andel cement. Det senaste exemplet kommer från Rice University. 

Läs mer: Grafen ger grön superbetong – extremt stark och böjlig

Avfall från gamla däck kan redan i dag ingå i vanlig portlandcement, men forskarna i Houston har nu optimerat en process där gummit omvandlas till grafen, som kan göra betong starkare på molekylär nivå, skriver Rice University.

Processen omvandlar 70 procent till grafen

Kemisten James Tour och hans kollegor utvecklade vad de kallar för flash-processen under 2020. Med den har teamet med hjälp av en kort och kraftfull elektriskt puls – på 300 millisekunder till 1 sekund – omvandlat matavfall och plast till rena kolpartiklar. 

Läs mer: Lyckade försök med grafen i betong

Allt annat försvinner, och de återstående atomerna råkar likna turbostratiskt grafen som tack vare sin struktur är mer lösligt än den grafen som framställs via exfoliering av grafit. Det gör turbostratiskt grafen till ett bättre kompositmaterial. Problemet med originalet är dock det höga priset. Men elkostnaden för att producera det nya materialet ligger bara på cirka 100 dollar per ton.

Med flash-processen kan Rice omvandla upp till 70 procent av gummit till grafen. Det visade sig vara lite mer komplicerat att genomföra med gammalt gummi än annat avfall, men att vässa processen var väl värt besväret. För däcken var tidigare tämligen värdelösa efter att de hade utvunnits på sina oljor, och därför finns ett enormt utbud att tillgå – närmare bestämt 800 miljoner däck om året. 

Läs mer: Grafen i betongmixen gör konstruktionen starkare

Hur mycket starkare kan då forskarnas grafen göra betongen? Rice testade en inblandning på 0,05 till 0,1 viktprocent, och efter sju dagar med den högre andelen fick testcylindern av portlandcement en minst 30 procent högre tryckhållfasthet. Samma resultat uppnåddes vid den lägre inblandningen och 28 dagars härdning.  

John Edgren

Mer om: Betong

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer