Ученые добавили в бетон человеческие фекалии. Результат удивил

Ученые добавляли переработанные отходы жизнедеятельности человека в бетон и обнаружили, что его прочность может увеличиться на 42%. Правда, все зависит от пропорций. Об эксперименте индийских исследователей пишет ScienceAlert.

На снимке: a) биоуголь, полученный из человеческих фекалий; b) биоуголь после измельчения и просеивания. Фото: материалы научной статьи

Бетон является одним из основных строительных материалов современного мира. Но производство одного из его главных компонентов, цемента, связано с большими выбросами углекислого газа. Поэтому ученые ищут материалы, которыми можно было бы заменить хотя бы часть цемента и при этом не ухудшить свойства бетона.

Команда ученых из Университета Манипала в Джайпуре предложила довольно необычный вариант. Исследователи решили использовать для этого человеческие фекалии. Разумеется, в бетон их добавляли не в первоначальном виде.

Что сделали с отходами

Для эксперимента исследователи использовали осадок человеческих фекалий с очистной станции в индийском Варангале. Сначала его высушили, а затем нагрели при температуре от 350 до 450 градусов Цельсия в условиях с низким содержанием кислорода. Такой процесс называется пиролизом и позволяет превратить органическое сырье в богатый углеродом материал, который называют биоуглем.

Полученный биоуголь измельчили и просеяли до состояния мелкого порошка. Им заменили часть цемента в бетонной смеси. Исследователи подготовили несколько вариантов, в которых доля биоугля составляла 5%, 10% и 15% от количества цемента.

Затем исследователи проверили, насколько прочными получились образцы, а также измерили их усадку, водопоглощение и пористость.

На 42% прочнее. Но есть нюанс

Образцы бетона с биоуглем, подготовленные для испытаний на прочность. Источник: материалы научной статьи

Через 91 день в смеси с 5% биоугля прочность при сжатии увеличилась в среднем на 20%, а при изгибе — на 36%.

В смеси, где заменили 10% цемента, эти показатели были еще больше: 21% и 42% соответственно.

Однако большее количество биоугля не означало лучшего результата. Если его доля достигала 15%, бетон хоть и продолжал набирать прочность со временем, но в целом уступал смесям с 5% и 10%.

Исследователи также обнаружили, что бетон с 5% биоугля поглощал меньше воды, имел меньшую пористость и давал меньшую усадку, чем обычный бетон. При 10% эти показатели были в целом сопоставимы с обычным бетоном.

Почему биоуголь может укреплять бетон

Ученые предлагают несколько объяснений такого эффекта. Пористая структура биоугля позволяет ему удерживать воду и постепенно отдавать ее во время затвердевания бетона. Это может способствовать процессам, необходимым для набора прочности.

Кроме того, биоуголь содержит кремнезем, который может вступать в реакции с компонентами цемента и способствовать образованию дополнительных силикатов кальция. Мелкие частицы биоугля также заполняют промежутки между другими компонентами смеси.

Микроскопический анализ подтвердил эту картину. В бетоне с 5% биоугля структура была более плотной, а в смеси с 15% исследователи обнаружили больше пор, трещин и участков с более слабым сцеплением.

Испытание бетонных образцов с биоуглем на изгиб. Источник: материалы научной статьи

Строить дома из такого бетона пока рано

Однако до использования такого бетона в реальном строительстве еще далеко. Исследователи пока не проверяли, как он ведет себя при замерзании и оттаивании, воздействии солей и экстремальных температур.

Есть и еще один важный вопрос. Осадок сточных вод может содержать тяжелые металлы. Пока неизвестно, останутся ли они надежно связанными в бетоне в течение долгого времени или смогут постепенно попадать в окружающую среду.

Также исследование не оценивало, насколько использование биоугля из человеческих фекалий действительно может сократить или повысить выбросы углекислого газа. Теоретически технология позволяет одновременно использовать отходы и уменьшать количество необходимого цемента, но экологический эффект еще нужно отдельно изучить.

Комментарии к статье