Ερευνητές στην Ινδία ανέπτυξαν έναν πρωτότυπο τρόπο παραγωγής σκυροδέματος από ανθρώπινα απόβλητα, ο οποίος όχι μόνο μειώνει το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του τσιμέντου αλλά μπορεί, στις κατάλληλες αναλογίες, να ενισχύσει και την αντοχή του. Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον πολιτικό μηχανικό Ραγκουβές Τιβάρι από το Manipal University Jaipur, αξιοποίησε επεξεργασμένη ύλη κοπράνων προερχόμενη από μονάδα λυμάτων. Η μελέτη έχει γίνει δεκτή προς δημοσίευση στο επιστημονικό περιοδικό Scientific Reports, ενώ τα αποτελέσματα δείχνουν αύξηση αντοχής έως και 42% σε ορισμένα μείγματα.
Πώς παράγεται το σκυρόδεμα από ανθρώπινα απόβλητα
Οι επιστήμονες δεν χρησιμοποίησαν απευθείας ανθρώπινα περιττώματα μέσα στο μείγμα. Προμηθεύτηκαν biochar, ένα πλούσιο σε άνθρακα υλικό που παράγεται από επεξεργασμένη ιλύ λυμάτων, από μονάδα επεξεργασίας στην πόλη Βαρανγκάλ της Ινδίας. Η παραγωγική διαδικασία περιλαμβάνει ξήρανση της ύλης και στη συνέχεια θέρμανσή της σε περιβάλλον με περιορισμένο οξυγόνο, σε θερμοκρασίες μεταξύ 350 και 450 βαθμών Κελσίου. Το προϊόν που προκύπτει αλέθεται σε λεπτή σκόνη, έτοιμη να αναμειχθεί με τα υπόλοιπα υλικά του σκυροδέματος.
Η ομάδα αντικατέστησε με αυτή τη σκόνη διαφορετικές ποσότητες τσιμέντου, στα ποσοστά 5%, 10% και 15%, και στη συνέχεια εξέτασε την αντοχή, την απορρόφηση νερού, το πορώδες και τη συρρίκνωση κάθε μείγματος. Η σύνθεση με 5% biochar κατέγραψε τις καλύτερες συνολικά επιδόσεις, με αύξηση 20% στη θλιπτική αντοχή και 36% στην καμπτική αντοχή μετά από 91 ημέρες ωρίμανσης. Το μείγμα με 10% αντικατάσταση ξεπέρασε ακόμη περισσότερο τις προσδοκίες, φτάνοντας σε αύξηση 21% στη θλιπτική και 42% στην καμπτική αντοχή. Όταν όμως το ποσοστό ανέβηκε στο 15%, οι επιδόσεις υποχώρησαν σε σχέση με τα μείγματα 5% και 10%, γεγονός που δείχνει ότι υπάρχει όριο πέρα από το οποίο το υλικό δεν αποδίδει το ίδιο αποτελεσματικά.
Γιατί ενισχύεται η αντοχή του υλικού
Οι ερευνητές αποδίδουν τη βελτίωση σε συνδυασμό ιδιοτήτων του biochar. Η πορώδης δομή του συγκρατεί νερό και το απελευθερώνει σταδιακά κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης, λειτουργώντας ουσιαστικά σαν σύστημα μικροσκοπικών δεξαμενών που διατηρούν την υγρασία εκεί όπου χρειάζεται. Παράλληλα, το υλικό περιέχει πυρίτιο, το οποίο συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις που ενισχύουν τον σχηματισμό ενώσεων σημαντικών για την αντοχή. Τα εξαιρετικά μικρά σωματίδιά του γεμίζουν επίσης κενά στο εσωτερικό του υλικού, δημιουργώντας πιο συμπαγή και πυκνή δομή συνολικά. Έτσι, το νέο σκυρόδεμα από ανθρώπινα απόβλητα αποκτά χαρακτηριστικά που σε πολλές περιπτώσεις ξεπερνούν το συμβατικό υλικό.
Το εύρημα έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς η παραγωγή τσιμέντου ευθύνεται για μεγάλο μέρος των παγκόσμιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Η αξιοποίηση επεξεργασμένων ανθρώπινων αποβλήτων ως πρώτης ύλης θα μπορούσε να προσφέρει διπλό όφελος, μειώνοντας τόσο τον όγκο της ιλύος που καταλήγει σε χωματερές όσο και την ανάγκη για παρθένο τσιμέντο στις κατασκευές.
Τι χρειάζεται πριν φτάσει στις κατασκευές
Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, οι ερευνητές τονίζουν ότι το νέο υλικό δεν είναι ακόμη έτοιμο για χρήση σε πραγματικά κτίρια. Απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές για να διαπιστωθεί η συμπεριφορά του σε ακραίες θερμοκρασίες, σε συνθήκες υψηλής αλατότητας και σε διαδοχικούς κύκλους παγετού και απόψυξης, συνθήκες που ένα πραγματικό δομικό υλικό καλείται να αντέξει για δεκαετίες. Ανοιχτό παραμένει επίσης το ζήτημα των βαρέων μετάλλων που ενδέχεται να υπάρχουν στην ιλύ και το κατά πόσο αυτά παραμένουν σταθερά δεσμευμένα μέσα στη δομή του σκυροδέματος, χωρίς να διαρρέουν στο περιβάλλον με την πάροδο του χρόνου. Μέχρι να ολοκληρωθούν αυτές οι δοκιμές, το σκυρόδεμα από ανθρώπινα απόβλητα παραμένει σε ερευνητικό στάδιο.
