Σε μία ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα ανακάλυψη προχώρησαν Ινδοί επιστήμονες που ανέπτυξαν έναν νέο τύπο σκυροδέματος (μπετόν), αξιοποιώντας επεξεργασμένα ανθρώπινα απόβλητα. Συγκεκριμένα, ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον πολιτικό μηχανικό Ραγκουβές Τιβάρι από το Manipal University Jaipur διαπίστωσε ότι ο βιοάνθρακας από ανθρώπινα περιττώματα κάνει το σκυρόδεμα 42% ισχυρότερο.
Σύμφωνα με τη μελέτη που έχει γίνει δεκτή προς δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Scientific Reports, ο βιοάνθρακας (biochar) από ανθρώπινα λύματα, τα οποία συλλέχθηκαν από μονάδα επεξεργασίας στη Βαρανγκάλ της Ινδίας. Επομένως οι ερευνητές δεν χρησιμοποίησαν ανθρώπινα περιττώματα απευθείας στο σκυρόδεμα, αλλά από ειδική μονάδα επεξεργασίας λυμάτων.
Τι είναι ο βιοάνθρακας
Ο βιοάνθρακας είναι ένα υλικό πλούσιο σε άνθρακα, το οποίο προέρχεται από τη θέρμανση οργανικής ύλης σε περιβάλλον με πολύ χαμηλό οξυγόνο. Για την παραγωγή του, η ύλη αρχικά ξηραίνεται και στη συνέχεια θερμαίνεται σε περιβάλλον με περιορισμένο οξυγόνο, σε θερμοκρασίες μεταξύ 350 και 450 βαθμών Κελσίου. Το υλικό που προκύπτει αλέθεται και μετατρέπεται σε λεπτή σκόνη.
Οι επιστήμονες αντικατέστησαν με αυτήν διαφορετικές ποσότητες τσιμέντου – 5%, 10% και 15% – και στη συνέχεια εξέτασαν την αντοχή, την απορρόφηση νερού, το πορώδες και τη συρρίκνωση των διαφορετικών μειγμάτων.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη μικρής ποσότητας βιοάνθρακα μπορούσε όχι μόνο να διατηρήσει αλλά και να ενισχύσει τις μηχανικές ιδιότητες του σκυροδέματος. Σε γενικές γραμμές, το μπετόν με την καλύτερη συνολική αντοχή ήταν εκείνο στο οποίο 5% του τσιμέντου είχε αντικατασταθεί από biochar.
Παράλληλα, το υλικό συνέχισε να αποκτά σημαντική αντοχή όσο ωρίμαζε. Μετά από 91 ημέρες, το μείγμα με 5% βιοάνθρακα εμφάνισε κατά μέσο όρο 20% αύξηση της θλιπτικής αντοχής και 36% αύξηση της καμπτικής αντοχής. Όταν το υλικό αντικατέστησε το 15% του τσιμέντου, το μπετόν συνέχισε να γίνεται ισχυρότερο καθώς ωρίμαζε, όμως η συνολική του αντοχή ήταν χαμηλότερη από εκείνη των μειγμάτων με 5% και 10%.
Πώς τα ανθρώπινα περιττώματα βοηθούν
Οι επιστήμονες αποδίδουν το αποτέλεσμα σε έναν συνδυασμό ιδιοτήτων του βιοάνθρακα. Το υλικό είναι ιδιαίτερα πορώδες. Λειτουργεί ως «μικροσκοπική δεξαμενή» που απορροφά νερό και το απελευθερώνει σταδιακά καθώς το σκυρόδεμα σκληραίνει, τροφοδοτώντας συνεχώς τις χημικές αντιδράσεις.
Παράλληλα, το υλικό περιέχει πυρίτιο, το οποίο συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις που συμβάλλουν στον σχηματισμό ενώσεων σημαντικών για την αντοχή του σκυροδέματος. Τα πολύ μικρά σωματίδιά του γεμίζουν επίσης κενά στο εσωτερικό του υλικού, δημιουργώντας πυκνότερη δομή.
Προκλήσεις
Οι ερευνητές αναφέρουν ότι απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές πριν το υλικό μπορέσει να χρησιμοποιηθεί σε πραγματικά κτίρια. Μεταξύ άλλων, πρέπει να εξεταστεί η συμπεριφορά του σε συνθήκες παγετού και απόψυξης, υψηλής αλατότητας και ακραίων θερμοκρασιών.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι διάφορα αποτελέσματα λειτουργούν συνδυαστικά. Για αρχή, ο βιοάνθρακας από κόπρανα είναι ιδιαίτερα πορώδης, γεμάτος με μικροσκοπικές κοιλότητες που μπορούν να απορροφήσουν νερό και να το απελευθερώσουν σταδιακά καθώς το σκυρόδεμα σκληραίνει.
Αυτό μετατρέπει ουσιαστικά τα σωματίδια του βιοάνθρακα σε μικροσκοπικές εσωτερικές δεξαμενές, διατηρώντας το νερό διαθέσιμο για τις χημικές αντιδράσεις που σκληραίνουν και ενισχύουν το τσιμέντο.
Ανοιχτό παραμένει επίσης το ζήτημα των βαρέων μετάλλων που μπορεί να υπάρχουν στην ιλύ και κατά πόσο αυτά παραμένουν εγκλωβισμένα στο σκυρόδεμα σε βάθος χρόνου. Επιπλέον, η συγκεκριμένη έρευνα δεν υπολόγισε ακόμη πόσο θα μπορούσε η μέθοδος να μειώσει συνολικά τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
Εφόσον όμως επιβεβαιωθεί η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητά της, η αντικατάσταση ακόμη και ενός μικρού μέρους του τσιμέντου με biochar από ανθρώπινα απόβλητα θα μπορούσε να προσφέρει ταυτόχρονα έναν νέο τρόπο αξιοποίησης λυμάτων και περιορισμού της κατανάλωσης τσιμέντου, η παραγωγή του οποίου έχει σημαντικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα.
Η μέθοδος αυτή υπόσχεται διπλό περιβαλλοντικό όφελος: την αξιοποίηση των ανθρώπινων λυμάτων και τη μείωση της χρήσης τσιμέντου, η παραγωγή του οποίου ευθύνεται για μεγάλο ποσοστό των παγκόσμιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα.
