生物酶+CO2：研究人员配制出一种负碳材料，或将取代传统的混凝土

2022-02-23 10:13:05  信息编号：K212425  浏览次数：259

新型负排放建筑材料可以缓解气候变化并改善基础设施伍斯特理工学院 的杰克·利维（Jack Levy）图形概要。学分：DOI：10.1016/j.matt.2021.12.020减缓气候变化是世界人口面临的最大挑战之一。现在，伍斯特理工学院的一组研究人员开发了一种全新的材料，它是一种低成本、高影响力的可持续解决方案，可以解决气候变化的最大贡献者之一——混凝土。根据Statisa 的数据， 1995 年至 2020 年间，全球水泥产量从 13.9 亿吨跃升至 41 亿吨，使其成为地球上仅次于水的第二大用途广泛的物质。由于混凝土无处不在，而且其二氧化碳 (CO 2 ) 排放量很高，“人类需要找到混凝土的替代品，”土木、环境与建筑工程副教授 Nima Rahbar 说。

正如发表在《物质》杂志上的那样，WPI 的研究导致了一种自我修复的酶结构材料 (ECM) 的诞生，研究小组将其描述为一种“有生命的材料”，“提供了修复甚至替代 [...]传统] 未来的混凝土。”

生物酶是驱动化学反应的催化剂。该材料使用一种酶，称为碳酸酐酶，存在于所有活细胞中。碳酸酐酶与 CO 2有效反应，并且“具有从大气中快速去除温室气体的独特能力。这种特性使我们能够配制出一种负碳材料，我们希望最终可以取代混凝土，”Richard Whitcomb 教授说化学和生物化学 苏珊娜·斯卡拉塔。

ECM 是通过一个涉及酶反应的过程制成的，该过程会产生碳酸钙晶体，它是材料的主要成分。材料中还添加了一种沙浆，以及一种聚合物，它在材料的早期阶段将材料固定在一起，就像在建筑物建造过程中使用脚手架一样。如果随着时间的推移因磨损或其他损坏而出现裂缝，这种材料也可以自行愈合，并通过多达六个自我修复周期保持其强度。

这项研究建立在 Rahbar、Scarlata 和博士之间的跨学科合作之上。学生王帅。该团队之前创造了一种新型的自愈混凝土。新的负排放建筑材料更进一步，留下混凝土，创造出一种全新的物质，部分由二氧化碳制成：CO 2在生产过程中进入材料，材料在生产过程中也会消耗CO 2自愈过程。事实上，该团队设计了一个计算结果，显示“一立方码的 ECM 储存 18 磅的 CO 2，而一立方码的混凝土排放 400 磅的 CO 2 ”，Rahbar 说。

通过广泛的测试和实验，研究小组发现这种材料具有他们所说的“出色”抗压强度，可与传统砂浆相媲美，使其强度足以在桥梁或建筑物的建设中用作抗压元件。它也不需要像传统砖那样在高温下烘烤，而且可以快速制作，不像固化混凝土需要 28 天。ECM 也可以低成本生产，因为酶的百分比很小。

虽然我们可能不会立即在建筑工地看到 ECM，但我们很快就会看到。研究小组计划尽快采取措施将这种材料带出实验室，首先是通过“优化酶的催化效率、支架的性质和晶体结构的力学”来增强 ECM 的性质，然后开始将产品商业化。