Une équipe de l'université Northwestern a mis au point un nouveau procédé de fabrication du béton utilisant de l'eau gazeuse pour séquestrer le dioxyde de carbone, ce qui permet d'atteindre une efficacité de capture du CO2 allant jusqu'à 45 %. Cette méthode permet non seulement de réduire le CO2 atmosphérique, mais aussi de produire du béton plus résistant et plus durable, ce qui en fait une solution prometteuse pour réduire les émissions des industries du ciment et du béton. Crédit : Alessandro Rotta Loria/Université Northwestern
Le béton carbonaté pourrait aider à réduire les émissions associées à la production de ciment.
En utilisant une solution à base d'eau gazeuse plutôt qu'une solution plate pendant le processus de fabrication du béton, une équipe d'ingénieurs dirigée par l'Université Northwestern a découvert une nouvelle façon de stocker le dioxyde de carbone (CO2) dans le matériau de construction omniprésent.
Non seulement le nouveau procédé pourrait aider à séquestrer le CO2 de l'atmosphère toujours plus chaude, il en résulte également un béton d'une résistance et d'une durabilité sans compromis.
Dans des expériences en laboratoire, le procédé a atteint une CO2 efficacité de séquestration allant jusqu'à 45 %, ce qui signifie que près de la moitié du CO2 Le dioxyde de carbone injecté lors de la fabrication du béton a été capté et stocké. Les chercheurs espèrent que leur nouveau procédé pourrait contribuer à compenser le CO2 les émissions des industries du ciment et du béton, responsables de 8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.
L'étude a été publiée dans Supports de communicationune revue publiée par Nature Portfolio.
« Les industries du ciment et du béton contribuent de manière significative aux émissions de CO2 d’origine humaine.2 « Les émissions de CO2 », a déclaré Alessandro Rotta Loria, de Northwestern, qui a dirigé l'étude. « Nous essayons de développer des approches qui réduisent les émissions de CO2.2 Les émissions de CO2 associées à ces industries pourraient, à terme, transformer le ciment et le béton en « puits de carbone » massifs. Nous n’y sommes pas encore, mais nous disposons désormais d’une nouvelle méthode pour réutiliser une partie du CO2 « Les émissions de CO2 sont le résultat de la fabrication du béton à partir de ce même matériau. Notre solution est tellement simple sur le plan technologique qu’elle devrait être relativement facile à mettre en œuvre pour l’industrie. »
« Plus intéressant encore, cette approche visant à accélérer et à accentuer la carbonatation des matériaux à base de ciment offre la possibilité de concevoir de nouveaux produits à base de clinker où le CO2 « devient un ingrédient clé », a déclaré le co-auteur de l'étude, Davide Zampini, vice-président de la recherche et du développement mondiaux chez CEMEX.
Rotta Loria est professeur adjoint Louis Berger de génie civil et environnemental à la McCormick School of Engineering de Northwestern. L'étude est le fruit d'une collaboration entre le laboratoire de Rotta Loria et CEMEX, une entreprise mondiale de matériaux de construction dédiée à la construction durable.
Limites des procédés antérieurs
Le béton est un élément incontournable des infrastructures, l'un des matériaux les plus consommés au monde, juste après l'eau. Pour fabriquer du béton dans sa forme la plus simple, les ouvriers combinent de l'eau, des agrégats fins (comme du sable), des agrégats grossiers (comme du gravier) et du ciment, qui lie tous les ingrédients. Depuis les années 1970, les chercheurs ont exploré différentes façons de stocker le CO2 à l'intérieur du béton.
« L’idée est que le ciment réagit déjà avec le CO2« , explique Rotta Loria. « C'est pourquoi les structures en béton absorbent naturellement le CO2. Mais, bien sûr, le CO absorbé2 est une petite fraction du CO2 émis lors de la production du ciment nécessaire à la création du béton. »
Procédés de stockage du CO2 se répartissent en deux catégories : carbonatation du béton durci ou carbonatation du béton frais. Dans l'approche durcie, des blocs de béton solides sont placés dans des chambres où le CO2 Le gaz est injecté à haute pression. Dans la version fraîche, les ouvriers injectent du CO2 du gaz dans le mélange d’eau, de ciment et d’agrégats pendant la production du béton.
Dans les deux approches, une partie du CO injecté2 réagit avec le ciment pour former des cristaux solides de carbonate de calcium. Les deux techniques partagent cependant des limites qui les rendent incontournables. Elles sont entravées par une faible teneur en CO2 L'efficacité de captage et la consommation d'énergie sont élevées. Pire encore : le béton obtenu est souvent fragilisé, ce qui entrave son applicabilité.
Une force sans compromis
Dans la nouvelle approche de Northwestern, les chercheurs ont exploité le processus de carbonatation du béton frais. Mais, au lieu d'injecter du CO2 tout en mélangeant tous les ingrédients ensemble, ils ont d'abord injecté du CO2 gaz dans de l'eau mélangée à une petite quantité de poudre de ciment. Après avoir mélangé cette suspension carbonatée avec le reste du ciment et des agrégats, ils ont obtenu un béton qui absorbait réellement le CO2 lors de sa fabrication.
« La suspension de ciment carbonatée dans notre approche est un fluide de viscosité beaucoup plus faible par rapport au mélange d'eau, de ciment et d'agrégats qui est habituellement utilisé dans les approches actuelles pour carbonater le béton frais », a déclaré Rotta Loria. « Nous pouvons donc le mélanger très rapidement et tirer parti d'une cinétique très rapide des réactions chimiques qui produisent des minéraux de carbonate de calcium. Le résultat est un produit en béton avec une concentration significative de minéraux de carbonate de calcium par rapport au CO2 est injecté dans le mélange de béton frais.
Après avoir analysé leur béton carbonaté, Rotta Loria et ses collègues ont découvert que sa résistance rivalisait avec la durabilité du béton ordinaire.
« L’une des limites typiques des approches de carbonatation est que la résistance est souvent affectée par les réactions chimiques », a-t-il déclaré. « Mais, sur la base de nos expériences, nous montrons que la résistance pourrait en fait être encore plus élevée. Nous devons encore tester cela plus avant, mais, au moins, nous pouvons dire qu’il n’y a aucun compromis. Comme la résistance reste inchangée, les applications ne changent pas non plus. Il pourrait être utilisé dans les poutres, les dalles, les colonnes, les fondations, tout ce pour quoi nous utilisons actuellement le béton. »
« Les résultats de cette recherche soulignent que même si la carbonatation des matériaux à base de ciment est une réaction bien connue, il est encore possible d'optimiser davantage le CO2 « L’adoption de ces nouvelles technologies passe par une meilleure compréhension des mécanismes liés au traitement des matériaux », a déclaré Zampini.
L'étude a été soutenue par CEMEX Innovation Holding Ltd.
