Beton powstaje z trzech głównych składników: spoiwa czyli cementu, wody oraz wypełniacza (najczęściej piasku lub żwiru). Na świecie co roku zużywa się niemal 7 mld metrów sześciennych betonu, co czyni go, tuż po wodzie, najpowszechniej wykorzystywaną w budownictwie substancją – podkreśla ekspert w dziedzinie inżynierii cywilnej z Kansas State University, Kyle Riding.

"I choć produkcja betonu wymaga mniejszego nakładu energii, niż choćby produkcja stali czy niektórych innych materiałów budowlanych, zużywamy go tak dużo, że produkcja betonu odpowiada za od 3 do 8 proc. globalnych emisji dwutlenku węgla" – dodaje naukowiec. Większość tych emisji powstaje podczas produkcji cementu z surowców mineralnych (np. margla), które wypala się na klinkier, a następnie mieli.

Aby ograniczyć emisje gazu cieplarnianego związane z produkcją betonu, naukowcy testują inne, bardziej ekologiczne dodatki, które mogłyby choć częściowo zastąpić cement.

Dobrze oceniają produkty uboczne powstające podczas uzyskiwania biopaliw, np. z kukurydzy, słomy z pszenicy czy ryżu. "Przewiduje się, że produkcja bioetanolu w przyszłości wzrośnie w związku z polityką zrównoważonego rozwoju" – mówi doktorant inżynierii cywilnej, Feraidon Ataie. "A jeśli ta produkcja faktycznie wzrośnie, to jednocześnie zwiększy się ilość produktów odpadowych. Można je wykorzystać do tworzenia betonu".

Naukowcy interesują się zwłaszcza produktami ubocznymi powstającymi podczas produkcji etanolu celulozowego – biopaliwa uzyskiwanego z drewna, słomy i innych niejadalnych części roślin. Od tradycyjnego bioetanolu (produkowanego na bazie kukurydzy czy zbóż) różni się on m.in. produktami ubocznymi, jakie powstają w czasie jego produkcji. O ile produkty uboczne po przetwarzaniu kukurydzy można wykorzystać jako paszę dla bydła, to te z produkcji etanolu celulozowego uważa się za mało wartościowy odpad, w postaci włókien drewna z pewną zawartością celulozy. Najczęściej odpady te spala się w elektrowniach, a popiół składuje.

Właśnie ten popiół chcą teraz wykorzystać inżynierowie z Kansas. Kiedy dodali go do cementu, popiół wszedł z nim w reakcję chemiczną sprawiając, że po związaniu wody stał się on mocniejszy. Naukowcy badali produkt finalny i stwierdzili, ze zastąpienie jednej piątej części cementu popiołem (po produkcji biopaliwa celulozowego) zwiększa wytrzymałość betonu o 32 proc.

Ich zdaniem taki zabieg może się sprawdzić w regionach rolniczych (np. amerykańskim stanie Kansas), gdzie pszenicę i kukurydzę uprawia się na wielką skalę. Pozostałe po żniwach słomę, suche liście i osłonki kolb można wykorzystać do produkcji etanolu celulozowego. Produkty uboczne z tego procesu można natomiast dodawać do cementu, by wzmocnić beton – proponują naukowcy.

Badanie prowadzone na Kansas State University jest finansowane przez National Science Foundation w wysokości ponad 210 000 dol. W pracach uczestniczą też naukowcy z University of Texas, North Carolina State University i National Renewable Energy Laboratory w Golden. Wyniki opisano na łamach "Journal of Materials in Civil Engineering".