Tartu Universitātes un Igaunijas Zinātņu universitātes zinātnieki ir radījuši būvmateriālu no kūdras un naftas slānekļa pelniem, kas varētu samazināt privātmājas būvniecības izmaksas gandrīz desmitkārtīgi. Mērķis bija izveidot pašbalstošu celtniecības materiālu, kas balstīts uz vietējiem dabas resursiem un atkritumiem, kurus varētu izmantot tieši būvlaukumā 3D drukāšanai viena un pat divu stāvu mājām.
Pēc humusa un fulvokābes satura noteikšanas kūdrā un elementu un minerālvielu XRD analīzes rezultātā tika modelēti iespējamie testa maisījumi un izdrukāti mazi testa paraugi. Foto iepriekš: Toomas Tenno uzrāda šos testa paraugus. Foto: Merilins Merisalu
Saskaņā ar Igaunijas mitrāju biedrību, mitrāji aptver apmēram 22 procentus Igaunijas teritorijas, bet tikai 1/3 no kūdras krājumiem tiek izmantoti. Vēl viens materiāls, kā Igaunijā ir daudz, ir naftas slānekļa pelni - valsts gadā saražo apmēram 7 miljonus tonnu naftas slānekļa pelnu, no kuriem tikai 5 procenti tiek izmantoti atkārtoti.
"Līdz šim neviens nav ražojis kūdras kompozītu kā būvmateriālu, jo kūdra aizkavē daudzu materiālu sacietēšanu. Mūsu projektā mums izdevās pārvarēt šo problēmu," teica Jurijs Liivs no Tartu universitātes.
Naftas slānekļa pelnus klasificē kā bīstamos atkritumus, jo, saskaroties ar ūdeni (pH gandrīz 13), tas kļūst ļoti bāzisks. Tomēr pelni ar tādu pH līmeni vislabāk atbilst būvmateriāliem. Jaunais zinātnieku izstrādātais materiāls ir pilnīgi nekaitīgs un drošs videi.
Tartu zinātnieki ir izveidojuši 3D printējamu betona tipa celtniecības materiālu, kas izgatavots galvenokārt no maltas kūdras, un kā saistvielu izmanto naftas slānekļa pelnus.
Pārbaudes laikā zinātnieki atrada risinājumu, lai samazinātu materiāla cietēšanas laiku no aptuveni 30 dienām līdz vienai diennaktij. Ja poru šķīduma pH ir mazāks par deviņiem, tas necietē. Šis jautājums tiek atrisināts ar ļoti augstu pH līmeni, saistot kālija oksīdu un sārmu metālus, kas naftas slānekļa pelnā atrodas nešķīstošos savienojumos. Kūdras iekšienē degslānekļa pelni reaģē ar humīnskābēm un absorbē oglekļa dioksīdu. Pateicoties ķīmiskajām reakcijām, saistviela kļūst par regulāru betonu un kaļķakmeni. Turklāt, lai uzlabotu to īpašības, kūdras un naftas slānekļa pelnus pievieno nanoizmēra piedevas, tādas kā nanosilīts vai silīcija dūmi.
"Tā kā daļiņas ir ļoti mazas, tās labi izšķīst un vienmērīgi sadalās visā materiālā. Silīcija dūmi būtiski uzlabo šī materiāla kvalitāti," teica Toomas Tenno, Tartu Universitātes koloidālās un vides ķīmijas katedras profesors.
Pagāja apmēram gads, pirms tika atrasts pareizais maisījums materiālam, kas ir izturīgs un ar augstu siltumvadītspēju pēc galīgas sacietēšanas. Tas ir arī nedegošs, neraugoties uz to, ka kūdra bieži tiek izmantota arī kā degviela. Kūdra tika izmantota kā pildviela, lai sasniegtu teicamas tehniskās īpašības - izveidotais kūdras materiāls 24 stundās sasniedz sākotnējo cietību, bet kādu laiku vēl saglabājas elastīgs. Visa konstrukcija kļūst hermētiska pat bez pretvēja mateirālu izmantošanas, un nodrošina arī labu skaņas izolāciju.
Zinātnieki aprēķināja, ka, tā kā kūdra un naftas slānekļa pelni ir ļoti lēti, 3D printētas mājas korpuss (100-150 kvadrātmetri) izmaksās aptuveni 5000 eiro, tātad apmēram desmitā daļa, ko tas varētu maksāt, lai izveidotu tradicionālu tāda paša izmēra mājas pamatkonstrukciju.
Komanda tagad strādā pie tā, lai padarītu materiālu vieglāku 3D drukāšanai. Pētījums nesen tika publicēts žurnāls "Ilgtspējīgi materiāli un tehnoloģijas".
Avots: 3ders.org