ถ่านหิน

ความก้าวหน้าในการจัดการกับปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญสองประการพร้อมกันโดยการใช้ของเสียจากการผลิตถ่านหิน และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตคอนกรีตลงอย่างมาก Xianming Shi รองศาสตราจารย์ภาควิชาวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมของ WSU และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Gang Xu ได้พัฒนาคอนกรีตที่แข็งแกร่งและทนทานซึ่งใช้เถ้าลอยเป็นสารยึดเกาะและกำจัดการใช้ซีเมนต์ที่เข้มข้นต่อสิ่งแวดล้อม พวกเขารายงานผลงานของพวกเขาในวารสารFuel ฉบับเดือน สิงหาคม ลดความต้องการพลังงาน การปล่อยก๊าซเรือนกระจก การผลิตคอนกรีตแบบดั้งเดิมซึ่งทำโดยการผสมซีเมนต์กับทรายและกรวด ก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกระหว่างห้าถึงแปดเปอร์เซ็นต์ทั่วโลก นั่นเป็นเพราะซีเมนต์ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของคอนกรีตต้องใช้อุณหภูมิสูงและพลังงานจำนวนมหาศาลในการผลิต เถ้าลอยซึ่งเป็นวัสดุที่เหลืออยู่หลังจากฝุ่น ถ่านหิน ถูกเผา ในขณะเดียวกันก็กลายเป็นปัญหาการจัดการขยะที่สำคัญในสหรัฐอเมริกา เถ้าลอยมากกว่าร้อยละ 50 จบลงด้วยการฝังกลบ ซึ่งสามารถไหลลงสู่สิ่งแวดล้อมใกล้เคียงได้อย่างง่ายดาย ในขณะที่นักวิจัยบางคนใช้เถ้าลอยในคอนกรีต แต่พวกเขาไม่สามารถกำจัดวิธีการให้ความร้อนแบบเข้มข้นที่จำเป็นต่อการทำให้วัสดุที่แข็งแรง "วิธีการผลิตของเราไม่ต้องการความร้อนหรือการใช้ซีเมนต์ใดๆ" Xu กล่าว วิศวกรรมโมเลกุล งานนี้มีความสำคัญเนื่องจากนักวิจัยกำลังใช้วัสดุขนาดนาโนเพื่อสร้างคอนกรีตในระดับโมเลกุล "เพื่อพัฒนาอุตสาหกรรมการก่อสร้างอย่างยั่งยืน เราจำเป็นต้องใช้ความสามารถ 'จากล่างขึ้นบน' ของวัสดุนาโน" Shi กล่าว ทีมงานใช้กราฟีนออกไซด์ ซึ่งเป็นวัสดุนาโนที่เพิ่งค้นพบ เพื่อควบคุมปฏิกิริยาของเถ้าลอยกับน้ำ และเปลี่ยนเถ้าลอยที่กระตุ้นแล้วให้กลายเป็นวัสดุคล้ายซีเมนต์ที่แข็งแรง กราฟีนออกไซด์จัดเรียงอะตอมและโมเลกุลใหม่ในสารละลายของเถ้าลอยและตัวกระตุ้นทางเคมี เช่น โซเดียมซิลิเกตและแคลเซียมออกไซด์ กระบวนการนี้สร้างสายโซ่โมเลกุลแคลเซียม-อะลูมิเนท-ซิลิเกต-ไฮเดรตที่มีอะตอมที่มีพันธะอย่างเหนียวแน่นซึ่งก่อตัวเป็นเครือข่ายโพลิเมอร์อนินทรีย์ที่ทนทานกว่าซีเมนต์ (ไฮเดรต) ช่วยน้ำใต้ดินบรรเทาน้ำท่วม ทีมงานได้ออกแบบคอนกรีตผสมเถ้าลอยให้ร่วนซุย ซึ่งหมายความว่าน้ำสามารถซึมผ่านเข้าไปเติมน้ำใต้ดินและลดปัญหาน้ำท่วมได้ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งและพฤติกรรมของวัสดุในแปลงทดสอบในวิทยาเขต WSU ภายใต้สภาวะโหลดและอุณหภูมิที่หลากหลาย พวกเขายังคงทำการทดสอบการแทรกซึมและรวบรวมข้อมูลโดยใช้เซ็นเซอร์ที่ฝังอยู่ใต้คอนกรีต ในที่สุดพวกเขาก็หวังว่าจะนำเทคโนโลยีที่จดสิทธิบัตรไปขายในเชิงพาณิชย์ "หลังจากการทดสอบเพิ่มเติม เราต้องการสร้างโครงสร้างบางส่วนด้วยคอนกรีตนี้เพื่อใช้เป็นหลักฐานยืนยันแนวคิด" Xu กล่าว การวิจัยได้รับทุนจากศูนย์การขนส่งมหาวิทยาลัยของกระทรวงคมนาคมแห่งสหรัฐอเมริกาและสำนักงานพาณิชย์ WSU