تولید نانو بتن از پوسته میگو و خرچنگ

گروهی از محققان دانشگاه کالیفرنیا به رهبری محقق ایرانی طی تحقیقاتی نشان دادند که قرار دادن نانوذراتی از جنس پوسته میگو و خرچنگ در سیمان، این ماده را به میزان قابل‌توجهی قوی‌تر می‌کند و این نوآوری می‌تواند منجر به کاهش ضایعات غذاهای دریایی و انتشار کربن کمتر در تولید بتن شود. تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیا در مقاله‌ای که در نشریه Cement and Concrete Composites منتشر کردند، جزئیات مربوط به ایجاد نانوبلورها و نانوالیاف کیتین، دومین پلیمر زیستی فراوان در طبیعت را از پوسته‌های ضایعات میگو تشریح کردند. وقتی این تکه‌های ریز کیتین، به خمیر سیمان اضافه شد، ماده حاصل تا ۴۰درصد قوی‌تر شد. زمان تعیین‌شده برای صلب شدن سیمان بیش از یک ساعت به تعویق افتاد که خاصیت مطلوبی برای حمل‌ونقل طولانی‌مدت و بتن کاری در هوای گرم است.سمیه نصیری، دانشیار دانشگاه کالیفرنیا که این تحقیق را در دانشگاه ایالتی واشنگتن رهبری می‌کند، گفت: صنعت بتن برای کاهش انتشار کربن از تولید سیمان تحت‌فشار است. با توسعه این افزودنی‌های جدید که مقاومت بتن را افزایش می‌دهند، می‌توانیم به کاهش میزان سیمان موردنیاز و کاهش انتشار کربن بتن کمک کنیم.بتن در سراسر جهان در زیرساخت‌های حیاتی مانند ساختمان، پل‌ها و جاده‌ها استفاده می‌شود؛ ازاین‌رو این ماده بعد از آب بیشترین استفاده را در روی زمین دارد.در تولید سیمان برای رسیدن به دمای بالا (۱۵۰۰درجه سانتی‌گراد) نیاز به استفاده از سوخت‌های فسیلی است. سنگ‌آهک مورداستفاده در تولید آن نیز دی‌اکسید کربن اضافی تولید می‌کند. تولید سیمان حدود ۱۵درصد از انرژی مصرفی صنعتی و حدود ۵درصد از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای در سراسر جهان را شامل می‌شود.در این میان، ضایعات غذاهای دریایی یک مشکل مهم برای صنعت ماهیگیری است که سالانه بین ۶ تا ۸میلیون پوند زباله در سراسر جهان تولید می‌کند. هوی لی، استادیار پژوهشی در مرکز مهندسی و مواد کامپوزیت دانشگاه ایالتی واشنگتن و نویسنده مرتبط در این مقاله می‌گوید که بیشتر این زباله‌ها به دریا ریخته می‌شوند.وی می‌گوید: در دنیای کنونی، در مواجهه با تغییرات آب و هوایی از طریق اقتصاد چرخه‌ای، ما می‌خواهیم تا حد امکان از مواد زاید استفاده کنیم.محققان برای بهبود بتن با پلیمر زیستی مشابه، سلولز، کار کرده‌اند. گاهی اوقات افزودنی‌های سلولزی به بتن کمک می‌کند و گاهی اوقات نه. محققان در مورد دلیل آن متعجب بودند.این تیم تحقیقاتی دانشگاه ایالتی واشنگتن در کار خود، مواد کیتین را در مقیاس نانو مطالعه کردند. پوسته‌های خرچنگ و میگو از حدود ۲۰ تا ۳۰درصد کیتین تشکیل‌شده است که بیشتر آن کربنات کلسیم است که یک افزودنی مفید دیگر برای سیمان است. در مقایسه با سلولز، کیتین در مقیاس مولکولی مجموعه‌ای از اتم‌ها را دارد که به محققان اجازه می‌دهد بار روی سطح مولکول‌ها و در نتیجه نحوه رفتار آن‌ها در دوغاب سیمان را کنترل کنند.به نقل از ستاد نانو، موفقیت در تقویت خمیر سیمان به نحوه معلق شدن ذرات در داخل دوغاب سیمان و نحوه تعامل آن‌ها با ذرات سیمان مربوط می‌شود. همان‌طور که نانوبلورهای فرآوری شده کیتین را به سیمان اضافه کردند، توانستند خواص آن ازجمله قوام، زمان گیرش، استحکام و دوام را بهبود بخشند و هدف قرار دهند. آن‌ها شاهد افزایش ۴۰ درصدی مقاومت در برابر خم شدن بتن و بهبود ۱۲درصدی در توانایی فشرده‌سازی محصول نهایی بودند.«ولکات» از دیگر محققان این طرح گفت: این اعداد بسیار قابل‌توجه هستند. اگر بتوانید مقدار مصرفی خود را کاهش دهید و عملکرد مکانیکی یا عملکرد ساختاری یکسانی داشته باشید و طول عمر آن را دو برابر کنید، در این صورت می‌توانید به میزان قابل‌توجهی انتشار کربن در محیط را کاهش دهید.