Vzorek betonu s vyčištěným popílkem. Kredit: Gustavo Raskosky/Rice University.

Naše civilizace je prorostlá betonem, ale není to zadarmo. Když se vyrábí portlandský cement, coby základní surovina pro výrobu betonu, je nutné zahřát přísady na velmi vysoké teploty. Tento na první pohled vcelku nevinný proces spotřebuje ohromující množství energie. Každoročně je zodpovědný za úctyhodných 5-8 procent veškerých lidských emisí oxidu uhličitého.

Mikrostruktura betonu s vyčištěným popílkem. Kredit: Tour lab/Rice University.

Vědci celého světa si lámou hlavy, co s tím. Zaručené recepty se objevují jako houby po dešti. Jedním z oblíbených postupů je nahrazení části cementu při výrobě betonové směsi popílkem. To je nechvalně známý produkt spalování uhlí, kterého ročně na Zemi vznikne asi 750 milionů tun. Popílek, jehož složení a vlastnosti do určité míry odpovídají cementu, je extrémně dostupný a směšně levný.

Má to ale háček. Popílek za normálních okolností obsahuje pestrou směsku těžkých kovů a dalších nebezpečných prvků, od chromu a kadmia až po arzén s thalliem, podle toho, co obsahovalo spalované uhlí. Když je takový popílek v betonu, mohou se z něj toxické prvky uvolňovat do okolí. Popílek lze čistit, ale stávající metody jsou nákladné a podstatně zatěžují životní prostředí.

Logo. Kredit: Rice University.

Tým Jamese Toura z americké Rice University v Texasu použil při snaze vyřešit problém s popílkem svůj oblíbený trik, díky němuž se v posledních letech pravidelně objevují ve vědeckých headlinech. Bleskové ohřívání, které je založené na Jouleovu teplu.

Jejich postup začíná smícháním popílku s elektricky vodivými práškovitými sazemi. Směs pak umístěna mezi měděné či grafenové elektrody, které uštědřují popílku krátké elektrické rány. Procházející elektrický proud směs bleskurychle zahřeje na teplotu kolem 3 000 °C. Těžké kovy se při tom vypaří a jsou zachyceny ve vakuové komoře. Na tunu vyčištěného popílku se spotřebuje elektřina za 21 dolarů.

Badatelé uvádějí, že tímto postupem je možné z popílku velmi efektivně odstranit naprostou většinu toxických prvků. Během jediné sekundy odstraní 70 až 90 procent veškerého arzénu, kadmia, kobaltu nebo niklu. Třešničkou na dortu je, že takto bleskově vyčištěný popílek vylepšuje kvality betonu. Když při výrobě betonu nahradili „bleskovým“ popílkem 30 procent cementu, vznikl beton, který byl o 51 procent pevnější a o 28 procent pružnější než kontrolní vzorky, což znamená úspory a menší zátěž pro životní prostředí.

Video: Flash Joule heating by Rice lab recovers precious metals from electronic waste in seconds

Literatura

New Atlas 29. 3. 2023.

Communications Engineering 2: 13.