生物酶+CO2：研究人員配制出一種負碳材料，或将取代傳統的混凝土
發布時間 :2022-03-07
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減緩氣候變化是世界人口面臨的最大挑戰之一。現在，伍斯特理工學院的一組研究人員開發了一種全新的材料，它是一種低成本、高影響力的可持續解決方案，可以解決氣候變化的最大貢獻者之一：混凝土。
根據Statisa 的數據， 1995 年至 2020 年間，全球水泥産量從 13.9 億噸躍升至 41 億噸，使其成為地球上僅次于水的第二大用途廣泛的物質。由于混凝土無處不在，而且其二氧化碳 (CO 2 ) 排放量很高。“人類需要找到混凝土的替代品，”土木、環境與建築工程副教授 Nima Rahbar 說。正如發表在《物質》雜志上的那樣，WPI 的研究導緻了一種自我修複的酶結構材料 (ECM) 的誕生，研究小組将其描述為一種“有生命的材料”，“提供了修複甚至替代傳統的混凝土。”“生物酶是驅動化學反應的催化劑。該材料使用一種酶，稱為碳酸酐酶，存在于所有活細胞中。碳酸酐酶與 CO 2有效反應，并且具有從大氣中快速去除溫室氣體的獨特能力。這種特性使我們能夠配制出一種負碳材料，我們希望最終可以取代混凝土，”Richard Whitcomb 教授說化學和生物化學 蘇珊娜·斯卡拉塔。
ECM 是通過一個涉及酶反應的過程制成的，該過程會産生碳酸鈣晶體，它是材料的主要成分。材料中還添加了一種沙漿，以及一種聚合物，它在材料的早期階段将材料固定在一起，就像在建築物建造過程中使用腳手架一樣。如果随着時間的推移因磨損或其他損壞而出現裂縫，這種材料也可以自行愈合，并通過多達六個自我修複周期保持其強度。
這項研究建立在 Rahbar、Scarlata 和博士之間的跨學科合作之上。學生王帥。該團隊之前創造了一種新型的自愈混凝土。新的負排放建築材料更進一步，留下混凝土，創造出一種全新的物質，部分由二氧化碳制成：CO 2在生産過程中進入材料，材料在生産過程中也會消耗CO 2自愈過程。事實上，該團隊設計了一個計算結果，顯示一立方碼的 ECM 儲存 18 磅的 CO 2，而一立方碼的混凝土排放 400 磅的 CO 2 。
通過廣泛的測試和實驗，研究小組發現這種材料具有他們所說的“出色”抗壓強度，可與傳統砂漿相媲美，使其強度足以在橋梁或建築物的建設中用作抗壓元件。它也不需要像傳統磚那樣在高溫下烘烤，而且可以快速制作，不像固化混凝土需要 28 天。ECM 也可以低成本生産，因為酶的百分比很小。
雖然我們可能不會立即在建築工地看到 ECM，但我們很快就會看到。研究小組計劃盡快采取措施将這種材料帶出實驗室，首先是通過“優化酶的催化效率、支架的性質和晶體結構的力學”來增強 ECM 的性質，然後開始将産品商業化。
