Betondaki Kumun Yerini Alabilen Kömür Bazlı Ürünler

Yapılan bazı araştırmalar, yaklaşmakta olan “kum krizi” için çözümün bir parçası olabilir.

Dünyada sudan sonra en çok tüketilen ikinci malzeme olan beton, kum kaynaklarının azalmasından dolayı krize yol açıyor.

Rice Üniversitesi araştırmacıları, kömür bazlı bir ürün olan metalurjik koktan elde edilen grafenin, yalnızca çimentoda takviye edici bir katkı maddesi olarak değil, aynı zamanda betonda kumun yerine de kullanılabileceğini buldu.

Rice’tan T. T. ve W. F. Chao Profesörü ve kimya, malzeme bilimi ve nanomühendislik profesörü James Tour, “Bu, dünyadaki en büyük endüstrilerden biri üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir. Grafen agregası kullanılan betonu, uygun kum agregası kullanılarak yapılan betonla karşılaştırdık ve betonumuzun %25 daha hafif ama aynı derecede dayanıklı olduğunu gördük.” dedi.

Çimento ve suyla birleştirilmiş kum ve çakıl gibi agregaların bir karışımı olan beton, kentsel gelişim için gereklidir. 2050 yılına kadar küresel nüfusun %68”inin kentsel alanlarda yaşaması beklendiğinden, betona ve dolayısıyla kum madenciliğine olan talebin önemli ölçüde artması bekleniyor. Bu rakam son  20 yılda üç katına çıkarak yılda yaklaşık 50 milyar tona ulaştı ancak bunun önemli bir çevresel etkisi de vardır.

Betonun önemli bir bileşeni olan çimento üretimi, dünya çapındaki karbondioksit emisyonlarının %8’ini oluşturmaktadır. Dahası, büyük ölçüde düzenlemeye tabi olmayan kum madenciliği, nehir ve kıyı ekosistemleri için ciddi tehditler oluşturmaktadır. 2022 Birleşmiş Milletler Raporu’na göre, kuma yönelik artan bu talep, nüfus artışı ve kentsel genişlemeyle birleştiğinde, yakında bir “kum krizini” tetikleyebilir.

Kendi imzasını taşıyan Joule ısıtma tekniğini metalurjik koka uygulayan Tour laboratuvarı, betondaki kumun yerine geçebilecek bir tür grafen yarattı.

Araştırmanın başyazarı ve Rice Üniversitesi doktora mezunu Paul Advincula, “Metalurjik kokun grafene dönüştürüldüğü ilk deneyler, kuma benzer boyutta görünen bir malzemeyle sonuçlandı.” dedi. “Metalurjik koktan elde edilen grafenin betondaki kumun yerine tamamen geçmesini araştırmaya karar verdik ve bulgularımız bunun gerçekten işe yarayacağını gösteriyor.”

Araştırmacılar James Tour ve Satish Nagarajaiah (Jeff Fitlow/Rice Üniversitesi); “Geleneksel betonu grafen agregalarından yapılmış betonla karşılaştıran testler umut verici sonuçlar veriyor. Grafen bazlı beton, yalnızca standart betonun mekanik özelliklerine uymakla kalmıyor, aynı zamanda daha yüksek bir mukavemet/ağırlık oranı da sunuyor.” dedi.

Tour laboratuvarı, hibrit karbon nanomateryal sentezi, pil parçası geri dönüşümü ve uçucu kömür külünden ağır metallerin uzaklaştırılması dâhil olmak üzere çeşitli uygulamalar için “Flash Joule ısıtma”yı kullandı.

Advincula, “Bu teknik, önceki yöntemlere göre daha hızlı ve daha büyük ölçekte grafen üretiyor.” dedi.

Doğal kuma olan bağımlılığı ve beton endüstrisinden kaynaklanan karbon emisyonlarını azaltma potansiyeline sahip bu yeni teknoloji, daha sürdürülebilir kentsel gelişim uygulamalarına yol açabilir.

Tour, “Grafen fiyatının bunu mümkün kılacak kadar düşmesi biraz zaman alacak fakat bu sadece takip edebileceğimiz alternatiflerin olduğunu gösteriyor.” dedi.

Araştırmanın yazarlarından inşaat ve çevre mühendisliği ile makine mühendisliği profesörü Satish Nagarajaiah, betonun %30’unun yani önemli bir kısmının kumdan oluştuğunun altını çizdi.

“Kum krizinin” eşiğinde olduğumuz gerçeği bizi alternatifler aramaya itiyor ve maliyeti betonun maliyetinin yaklaşık %10’u olan ve kumla hemen hemen aynı olan metalürjik kok, yalnızca betonun daha iyi hâle getirilmesine yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda kaliteli betonu önemli tasarruf ile birlikte sağlıyor.”

Araştırma, ABD Ordusu Mühendisler Birliği, Mühendis Araştırma ve Geliştirme Merkezi, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi.

Kaynak: https://news.rice.edu/news/2024/rice-study-shows-coal-based-product-could-replace-sand-concrete