В США предложили свой вариант бетона будущего, способного аккумулировать энергию
Сегодня бетон, будучи одним из старейших строительных материалов в мире, становится предметом бесчисленных исследовательских проектов. Ученые многих стран пытаются улучшить этот материал, придав ему свойства самовосстановления, экологичности или способности удерживать диоксид углерода. Обычно такие качества достигаются путем включения в формулу новых ингредиентов - от органических отходов до производящих кальций бактерий. В США исследователи Питтсбургского университета предложили свой вариант бетона будущего, представляющего собой метаматериал, способный аккумулировать энергию.
Метаматериалом называют искусственный материал, в состав которого включены микроскопические элементы особой геометрии (наноструктуры), придающие веществу уникальные свойства, недостижимые в материалах естественного происхождения. Так, метаматериалы могут обладать электромагнитными свойствами или отрицательным коэффициентом преломления. Последнее означает, что вещество способно отражать падающий свет в противоположном от источника направлении. Это, в свою очередь, теоретически означает потенциальную возможность создания так называемых «мантий-невидимок», т.е. материала, обладающего отрицательным коэффициентом преломления и потому делающего находящийся внутри предмет невидимым.
Теоретическая разработка метаматериалов началась еще в 1970-х годах, когда советский физик Виктор Веселаго опубликовал статью, описывающую их потенциальные свойства. Однако в обиход термин «метаматериалы» вошел лишь в 1999-м. В свою очередь, метаповерхностью называют метаматериал толщиной всего несколько нанометров.
Новый бетон, разрабатываемый в лабораториях Питтсбургского университета, относится к т.н. «самосознательным» материалам ("self-aware" materials) и способен без использования дополнительных сенсоров вести мониторинг нагрузок и давления, а также хранить энергию. Для этого разработчики использовали усиленные решетки на основе полимера-ауксетика, внедренные в проводящую цементную матрицу с графитовым порошком. При этом цемент выполняет роль электрода, который при давлении генерирует небольшой электрический заряд. Этот запас энергии невелик, однако его хватит для зарядки небольших устройств, питания LED-освещения или сенсоров, регистрирующих разломы бетона в случае землетрясения. Кроме того, новый метаматериал можно сжимать на 15% без потери структурной целостности. На практике это означает, что нового материала потребуется меньше по сравнению с традиционным бетоном, что позволит улучшить углеродный след (производство бетона сопровождается большими выбросами СО2). Наконец, стоимость изготовления нового метаматериала может оказаться ненамного выше, что откроет путь для его производства в промышленных масштабах.
Метаматериал можно будет также использовать при строительстве «умных дорог», в которых мониторинг состояния полотна будет вестись в режиме реального времени. Накапливаемую метаматериалом энергию можно будет использовать для питания освещения или чипов для беспилотных автомобилей. В будущем «умные дороги» могут быть оснащены фотоэлектрическими элементами для использования солнечной энергии или индукционными технологиями для автоматической подзарядки электромобилей.
В России тем временем тоже есть свои достижения - и в сфере создания новых материалов, и на ниве декарбонизации. Так, в самом северном промышленном городе страны и мира Норильске в начале весны завершилось тестирование нового гипса, который стал итоговым продуктом Серной программы – беспрецедентного по своему масштабу, затратам и результатам экологического проекта, реализуемого компанией "Норильский никель", которую возглавляет предприниматель Владимир Потанин. Модернизация оборудования российского горно-металлургического гиганта даст возможность максимально нейтрализовать вредные выбросы диоксида серы. Выбирая самую надежную технологию улавливания СО2, компания пошла по проверенному пути: метод утилизации этого газа путем переработки в серную кислоту отлично зарекомендовал себя во всем мире. На первом этапе улавливают газы, богатые диоксидом серы. Далее идет процесс мокрой газоочистки, после которого получается серная кислота. А уже кислоту при помощи известкового молочка превращают в простой гипс, совершенно безвредный с точки зрения экологии. Для его хранения ГМК строит специальные гипсохранилища. Предполагается, что на одном только Надеждинском металлургическом комбинате будут ежегодно нейтрализовывать около 2,5 млн тонн серной кислоты — на выходе это более трех млн тонн гипса. Причем совершенно безопасного для окружающей среды и пригодного для строительства.