Un nouveau procédé simple permet de stocker le dioxyde de carbone dans le béton sans compromettre sa résistance

En utilisant une solution à base d’eau gazeuse plutôt qu’à base d’eau plate pendant le processus de fabrication du béton, une équipe d’ingénieurs dirigée par la Northwestern University a découvert une nouvelle façon de stocker le dioxyde de carbone (CO2) dans le matériau de construction omniprésent.

Non seulement le nouveau procédé pourrait aider à séquestrer le CO2 de l’atmosphère toujours plus chaude, mais il permettrait également d’obtenir un béton d’une résistance et d’une durabilité sans compromis.

Lors d’expériences en laboratoire, le procédé a atteint une efficacité de séquestration du CO2 allant jusqu’à 45 %, ce qui signifie que près de la moitié du CO2 injecté lors de la fabrication du béton a été capturé et stocké. Les chercheurs espèrent que leur nouveau procédé pourrait contribuer à compenser les émissions de CO2 des industries du ciment et du béton, qui sont actuellement en activité. responsable de 8% des émissions mondiales de gaz à effet de serre.

L’étude a été publié aujourd’hui dans Supports de communicationune revue publiée par Nature Portfolio.

« Les industries du ciment et du béton contribuent de manière significative aux émissions de CO2 d’origine humaine », a déclaré Alessandro Rotta Loria de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Nous essayons de développer des approches permettant de réduire les émissions de CO2 associées à ces industries et, à terme, pourraient transformer le ciment et le béton en d’énormes « puits de carbone ». Nous n’en sommes pas encore là, mais nous disposons désormais d’une nouvelle méthode pour réutiliser une partie du CO2 émis lors de la fabrication du béton dans ce même matériau. Et notre solution est si simple technologiquement qu’elle devrait être relativement facile à mettre en œuvre par l’industrie. « 

« Plus intéressant encore, cette approche visant à accélérer et accentuer la carbonatation des matériaux à base de ciment offre l’opportunité de concevoir de nouveaux produits à base de clinker dans lesquels le CO2 devient un ingrédient clé », a déclaré Davide Zampini, co-auteur de l’étude et vice-président de la recherche et du développement mondial. chez CEMEX.

Rotta Loria est professeur adjoint Louis Berger de génie civil et environnemental à la McCormick School of Engineering de Northwestern. L’étude est le fruit d’une collaboration entre le laboratoire de Rotta Loria et CEMEX, une entreprise mondiale de matériaux de construction dédiée à la construction durable.

Limites des processus précédents

Élément non négociable des infrastructures, le béton est l’un des matériaux les plus consommés au monde, juste derrière l’eau. Pour fabriquer le béton dans sa forme la plus simple, les ouvriers combinent de l’eau, des granulats fins (comme le sable), des granulats grossiers (comme le gravier) et du ciment, qui lie tous les ingrédients entre eux. Depuis les années 1970, des chercheurs ont exploré différentes manières de stocker le CO2 dans le béton.

« L’idée est que le ciment réagit déjà avec le CO2 », explique Rotta Loria. « C’est pourquoi les structures en béton absorbent naturellement le CO2. Mais, bien entendu, le CO2 absorbé ne représente qu’une petite fraction du CO2 émis lors de la production du ciment nécessaire à la création du béton. »

Les procédés de stockage du CO2 se répartissent en deux catégories : la carbonatation du béton durci ou la carbonatation du béton frais. Dans l’approche durcie, des blocs de béton solides sont placés dans des chambres où le CO2 gazeux est injecté à haute pression. Dans la nouvelle version, les ouvriers injectent du CO2 dans le mélange d’eau, de ciment et de granulats pendant la production du béton.

Dans les deux approches, une partie du CO2 injecté réagit avec le ciment pour devenir des cristaux solides de carbonate de calcium. Les deux techniques partagent cependant des limites révolutionnaires. Ils sont entravés par une faible efficacité de captage du CO2 et une consommation d’énergie élevée. Pire encore : le béton obtenu est souvent affaibli, ce qui entrave son applicabilité.

Une solidité sans compromis

Dans la nouvelle approche de Northwestern, les chercheurs ont exploité le processus de carbonatation du béton frais. Mais, au lieu d’injecter du CO2 tout en mélangeant tous les ingrédients, ils ont d’abord injecté du CO2 gazeux dans de l’eau mélangée à une petite quantité de poudre de ciment. Après avoir mélangé cette suspension carbonatée avec le reste du ciment et des granulats, ils ont obtenu un béton qui absorbait réellement du CO2 lors de sa fabrication.

« La suspension de ciment carbonatée dans notre approche est un fluide à viscosité bien inférieure à celle du mélange d’eau, de ciment et d’agrégats habituellement utilisé dans les approches actuelles de carbonatation du béton frais », a déclaré Rotta Loria. « Nous pouvons donc le mélanger très rapidement et exploiter une cinétique très rapide des réactions chimiques qui produisent des minéraux de carbonate de calcium. Le résultat est un produit de béton avec une concentration significative de minéraux de carbonate de calcium par rapport à l’injection de CO2 dans le mélange de béton frais. »

Après avoir analysé leur béton carbonaté, Rotta Loria et ses collègues ont découvert que sa résistance rivalisait avec la durabilité du béton ordinaire.

« Une limitation typique des approches de carbonatation est que la résistance est souvent affectée par les réactions chimiques », a-t-il déclaré. « Mais, sur la base de nos expériences, nous montrons que la résistance pourrait en fait être encore plus élevée. Nous devons encore tester cela plus en détail, mais, à tout le moins, nous pouvons dire qu’elle n’est pas compromise. Comme la résistance reste inchangée, les applications ne Cela ne change pas. Il pourrait être utilisé dans les poutres, les dalles, les colonnes, les fondations – tout ce pour quoi nous utilisons actuellement le béton.

« Les résultats de cette recherche soulignent que même si la carbonatation des matériaux à base de ciment est une réaction bien connue, il est encore possible d’optimiser davantage l’absorption du CO2 grâce à une meilleure compréhension des mécanismes liés au traitement des matériaux », a déclaré Zampini.

L’étude intitulée « Stocker le CO2 tout en renforçant le béton en carbonatant son ciment en suspension » a été soutenue par CEMEX Innovation Holding Ltd.