Une formule viable pour un béton négatif en carbone et respectueux de l’environnement qui est presque aussi solide que le béton ordinaire a été développée à l’Université de l’État de Washington.
Dans un travail de preuve de concept, les chercheurs ont infusé du ciment ordinaire avec du biochar écologique, un type de charbon de bois fabriqué à partir de déchets organiques, qui avait été préalablement renforcé avec des eaux usées en béton. Le biochar était capable d’aspirer jusqu’à 23% de son poids en dioxyde de carbone de l’air tout en atteignant une résistance comparable au ciment ordinaire.
La recherche pourrait réduire considérablement les émissions de carbone de l’industrie du béton, qui est l’une des industries manufacturières les plus gourmandes en énergie et en carbone. Les travaux, menés par le doctorant Zhipeng Li, sont rapportés dans la revue, Matériaux Lettres.
« Nous sommes très heureux que cela contribue à la mission d’un environnement bâti sans carbone », a déclaré Xianming Shi, professeur au département de génie civil et environnemental de la WSU et auteur correspondant de l’article.
Plus de 4 milliards de tonnes de béton sont produites chaque année dans le monde. La fabrication de ciment ordinaire nécessite une température élevée et la combustion de combustibles. Le calcaire utilisé dans sa production subit également une décomposition qui produit du dioxyde de carbone, de sorte que la production de ciment serait responsable d’environ 8% des émissions totales de carbone par les activités humaines dans le monde.
Les chercheurs ont essayé d’ajouter du biochar comme substitut au ciment pour le rendre plus respectueux de l’environnement et réduire son empreinte carbone, mais l’ajout même de 3 % de biochar a considérablement réduit la résistance du béton. Après avoir traité le biochar dans les eaux usées de lavage du béton, les chercheurs de la WSU ont pu ajouter jusqu’à 30 % de biochar à leur mélange de ciment. La pâte faite de ciment amendé au biochar a pu atteindre une résistance à la compression après 28 jours comparable à celle du ciment ordinaire d’environ 4 000 livres par pouce carré.
« Nous nous engageons à trouver de nouvelles façons de détourner les flux de déchets vers des utilisations bénéfiques dans le béton ; une fois que nous aurons identifié ces flux de déchets, la prochaine étape consiste à voir comment nous pouvons agiter la baguette magique de la chimie et les transformer en une ressource », a déclaré Shi. « L’astuce réside vraiment dans l’ingénierie interfaciale – comment vous concevez les interfaces dans le béton. »
L’eau de lessivage du béton caustique est un déchet parfois problématique de la production de béton. Les eaux usées sont très alcalines mais constituent également une source précieuse de calcium, a déclaré Shi. Les chercheurs ont utilisé le calcium pour induire la formation de calcite, ce qui profite au biochar et éventuellement au béton incorporant le biochar.
« La plupart des autres chercheurs n’ont pu ajouter que jusqu’à 3% de biochar pour remplacer le ciment, mais nous démontrons l’utilisation de doses beaucoup plus élevées de biochar parce que nous avons compris comment concevoir la surface du biochar », a-t-il déclaré.
La synergie entre les eaux usées hautement alcalines qui contiennent beaucoup de calcium et le biochar très poreux a entraîné la précipitation du carbonate de calcium sur ou dans le biochar, le renforçant et permettant la capture du dioxyde de carbone de l’air. On s’attendrait à ce qu’un béton fait de ce matériau continue à séquestrer du dioxyde de carbone pendant toute la durée de vie du béton, généralement 30 ans dans une chaussée ou 75 ans dans un pont.
Afin de commercialiser cette technologie, les chercheurs ont travaillé avec le Bureau de la commercialisation pour protéger la propriété intellectuelle et ont déposé une demande de brevet provisoire sur leur travail de béton à carbone négatif.
Plus d’information:
Zhipeng Li et al, Vers une application industrielle durable du béton à carbone négatif : capture synergique du carbone par l’eau de lessivage du béton et le biochar, Matériaux Lettres (2023). DOI : 10.1016/j.matlet.2023.134368