Ερευνητές στην Ιαπωνία αναπτύσσουν ένα νέο υλικό ενίσχυσης του εδάφους με την ανακύκλωση υγρών αποβλήτων από εγκαταστάσεις συλλογής γεωθερμικής ενέργειας.
Στα σύγχρονα κατασκευαστικά έργα, η βελτίωση του εδάφους μέσω τσιμεντενέσεων χρησιμοποιείται συνήθως για τη διασφάλιση της δομικής σταθερότητας και ασφάλειας. Η τεχνική αυτή, η οποία περιλαμβάνει την έγχυση σταθεροποιητικών υλικών στο έδαφος, είναι απαραίτητη για κτίρια σε σεισμογενείς περιοχές και περιοχές με δυσμενείς εδαφικές συνθήκες. Από την εξασφάλιση των θεμελίων και την αποτροπή της διάβρωσης του εδάφους έως την ενίσχυση των υπόγειων κατασκευών, η τσιμεντενέσεις παίζουν ζωτικό ρόλο στη δημιουργία μιας ανθεκτικής υποδομής ικανής να αντέξει τις περιβαλλοντικές πιέσεις και τις γεωλογικές προκλήσεις.
Ωστόσο, οι παραδοσιακές μέθοδοι τσιμεντενέσεων δημιουργούν εδώ και καιρό σημαντικές περιβαλλοντικές προκλήσεις. Η μεγάλη εξάρτηση της κατασκευαστικής βιομηχανίας από χημικά ρευστά μίγματα με βάση το διοξείδιο του πυριτίου, που παράγονται μέσω ενεργοβόρων διαδικασιών, συμβάλλει σημαντικά στις παγκόσμιες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Με την αυξανόμενη πίεση για τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, η ανάπτυξη βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων στα συμβατικά υλικά αρμολόγησης έχει καταστεί κρίσιμη προτεραιότητα για τους επιστήμονες και τους μηχανικούς παγκοσμίως.
Σε αυτό το πλαίσιο, ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Shibaura της Ιαπωνίας ανέπτυξε μια καινοτόμο λύση που θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στη βελτίωση του εδάφους μέσω τσιμεντενέσεων. Με επικεφαλής τον καθηγητή Shinya Inazumi του Κολλεγίου Μηχανικών, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα νέο ενέσιμο υλικό ουδέτερου άνθρακα, το οποίο ονομάζεται Colloidal Silica Recovered from Geothermal Fluids (CSRGF) και ενισχύει τη σταθεροποίηση του εδάφους, ενώ ταυτόχρονα μειώνει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της κατασκευής και της συλλογής γεωθερμικής ενέργειας. Η μελέτη τους δημοσιεύεται στο περιοδικό Case Studies in Construction Materials του Science Direct.
«Η παραγωγή γεωθερμικής ενέργειας παράγει μεγάλες ποσότητες υγρών αποβλήτων πλούσιων σε διοξείδιο του πυριτίου, τα οποία παραδοσιακά δημιουργούν προκλήσεις στη συντήρηση και τη διάθεση», εξηγεί ο Inazumi σε σχετική ανακοίνωση. «Με την επαναχρησιμοποίηση αυτών των αποβλήτων σε ένα τσιμεντοκονίαμα CSRGF υψηλής απόδοσης, επιδιώξαμε να καθιερώσουμε μια προσέγγιση κυκλικής οικονομίας, μετατρέποντας ένα βιομηχανικό υποπροϊόν σε ένα πολύτιμο δομικό υλικό».
Με τον τρόπο αυτό, το νεοαναπτυχθέν ένεμα αντιμετωπίζει δύο σημαντικά ζητήματα: την αποτροπή της καταστροφής του εξοπλισμού συλλογής γεωθερμικής ενέργειας από απόβλητα ρευστά υψηλής περιεκτικότητας σε πυρίτιο και την ελαχιστοποίηση του αποτυπώματος άνθρακα της συμβατικής παραγωγής ενέματος.
Εκτεταμένες εργαστηριακές δοκιμές κατέδειξαν τις αξιοσημείωτες επιδόσεις του ενέματος, παρουσιάζοντας 50% αύξηση της αντίστασης σε ρευστοποίηση σε σύγκριση με τα υπάρχοντα υλικά. Το χαμηλό ιξώδες και ο ελεγχόμενος χρόνος πήξης του επιτρέπουν τη βαθιά διείσδυση στο έδαφος, ενώ παράλληλα πληρούν τα πρότυπα περιβαλλοντικής ασφάλειας. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν το ένεμα CSRGF ιδιαίτερα πολύτιμο σε σεισμογενείς περιοχές, όπου η σταθεροποίηση του εδάφους είναι ζωτικής σημασίας για την πρόληψη δομικών ζημιών κατά τη διάρκεια σεισμικών γεγονότων.
Ειδικότερα, οι εφαρμογές του ενέματος CSRGF επεκτείνονται πέρα από την αντισεισμική προστασία. Οι ανώτερες ιδιότητες στεγανοποίησής του το καθιστούν ιδανικό για υπόγεια κατασκευαστικά έργα, συμπεριλαμβανομένων σηράγγων και υπογείων, όπου η διείσδυση νερού απειλεί τη δομική ακεραιότητα. Επιπλέον, σε παράκτιες και επιρρεπείς σε πλημμύρες περιοχές, το ένεμα CSRGF μπορεί να ενισχύσει το έδαφος για την καταπολέμηση της διάβρωσης και τον μετριασμό των κινδύνων που συνδέονται με την άνοδο της στάθμης της θάλασσας.
Η ανάπτυξη του ενέματος CSRGF σηματοδοτεί ένα σημαντικό ορόσημο στην πορεία της κατασκευαστικής βιομηχανίας προς την ουδετερότητα. Με την επαναχρησιμοποίηση βιομηχανικών υποπροϊόντων και τη μείωση των αποβλήτων, η καινοτομία αυτή καταδεικνύει πώς οι αρχές της κυκλικής οικονομίας μπορούν να οδηγήσουν σε πιο βιώσιμες κατασκευαστικές πρακτικές.
Επιπλέον, η οικονομικά αποδοτική και επεκτάσιμη παραγωγή του μειώνει τις εκπομπές CO2 στις κατασκευές. Η υιοθέτησή του ευθυγραμμίζεται με τις διεθνείς πρωτοβουλίες βιωσιμότητας, θέτοντας νέα πρότυπα του κλάδου για την περιβαλλοντικά υπεύθυνη σταθεροποίηση του εδάφους.
«Με την αντικατάσταση των παραδοσιακών τσιμεντοκονιαμάτων με βάση το διοξείδιο του πυριτίου με τη δική μας βιώσιμη εναλλακτική λύση, η κατασκευαστική βιομηχανία μπορεί να προχωρήσει προς μια πιο πράσινη ανάπτυξη υποδομών, υποστηρίζοντας τις παγκόσμιες προσπάθειες για την επίτευξη ουδετερότητας ως προς τον άνθρακα έως το 2050», αναφέρει η Inazumi.
Τα επόμενα βήματα της ερευνητικής ομάδας περιλαμβάνουν την κλιμάκωση της παραγωγής και τη διεξαγωγή δοκιμών πεδίου για την περαιτέρω επικύρωση των επιδόσεων του υλικού σε πραγματικές συνθήκες. Καθώς ο κατασκευαστικός τομέας προσπαθεί να εξισορροπήσει τη βιωσιμότητα με τις υψηλές επιδόσεις, η καινοτομία αυτή αναδεικνύει τη δύναμη της καινοτόμου σκέψης για τη βιώσιμη επίλυση τεχνικών προκλήσεων.
