Les chercheurs développent Eco

Par Université de l’État de Washington22 avril 2023

Des chercheurs de l'Université de l'État de Washington ont développé une formule de béton à bilan carbone négatif en infusant du ciment avec du biocharbon, réduisant ainsi les émissions de carbone de l'industrie. Ce béton respectueux de l’environnement atteint une résistance comparable à celle du ciment ordinaire tout en absorbant jusqu’à 23 % de son poids en CO2 de l’air.

Des chercheurs de l’Université de l’État de Washington ont développé une formule de béton écologique et à émissions de carbone négatives, presque aussi résistante que le béton traditionnel.

Dans un travail de validation de principe, les chercheurs de l'Université de l'État de Washington ont infusé du ciment standard avec du biocharbon, un type de charbon de bois produit à partir de déchets organiques, préalablement enrichis avec des eaux usées de béton. Le biochar était capable d'absorber jusqu'à 23 % de son poids en dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère, tout en conservant une résistance comparable à celle du 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, dirigés par le doctorant Zhipeng Li, ont été rapportés le 10 avril dans la revue Materials Letters.

"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.

Zhipeng Li, étudiant diplômé, et professeur Xianming Shi. Crédit : Washington State University

Plus de 4 milliards de tonnes de béton sont produites chaque année dans le monde. La fabrication du ciment ordinaire nécessite des températures élevées 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 dues aux 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 composée de ciment modifié au biochar était capable d'atteindre après 28 jours une résistance à la compression 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 consistera à voir comment nous pouvons agiter la baguette magique de la chimie et les transformer en une ressource », a déclaré Shi. "Le problème réside vraiment dans l'ingénierie des interfaces : la façon dont vous concevez les interfaces dans le béton."

Les eaux de lavage du béton caustique constituent un déchet parfois problématique provenant de la production de béton. Les eaux usées sont très alcalines mais constituent également une source précieuse de calcium, a expliqué 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 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 modifier la surface du biochar", a-t-il déclaré.

La synergie entre les eaux usées hautement alcalines qui contiennent beaucoup de calcium et le biocharbon très poreux signifie que le carbonate de calcium précipite sur ou dans le biocharbon, le renforçant et permettant la capture du dioxyde de carbone de l'air. Un béton constitué de ce matériau devrait continuer à séquestrer le dioxyde de carbone pendant toute sa durée de vie, généralement 30 ans pour une chaussée ou 75 ans pour un pont.

Afin de commercialiser cette technologie, les chercheurs ont travaillé avec le Bureau de commercialisation pour protéger la propriété intellectuelle et ont déposé une demande de brevet provisoire pour leurs travaux de béton à bilan carbone négatif. Ils ont récemment reçu une subvention de démarrage de la Washington Research Foundation pour produire davantage de données pour une variété de cas d'utilisation. Ils recherchent également activement des partenaires industriels du secteur du bâtiment et de la construction pour augmenter la production en vue de démonstrations sur le terrain et d'obtenir des licences pour cette technologie WSU.