Распил древесных стволов неизбежно создает опилки. Миллионы тонн этого ресурса ежегодно сжигаются для энергии, возвращая древесный углекислый газ в атмосферу, что нежелательно экологически. Ученые кафедры материаловедения древесины Швейцарской высшей технической школы Цюриха совместно с Empa создали прорывной процесс. Они превращают опилки в экологичный, перерабатываемый композит, используя минерал струвит — кристаллический фосфат магния и аммония. Это продлевает жизненный цикл опилок.
Струвит давно ценится за выдающиеся огнезащитные качества. Однако его интеграция с опилками была сложной из-за особенностей кристаллизации. Новый подход использует фермент из семян арбуза для управления кристаллизацией струвита из водной суспензии минерала-предшественника ньюбериита. Образуются крупные кристаллы, заполняющие пустоты между опилками и прочно связывающие их. Полученный материал прессуют два дня, затем извлекают из формы и сушат при комнатной температуре.
Благодаря отличным механическим свойствам и высокой огнестойкости материал идеален для внутренней отделки. Струвит не только не горит, но и активно повышает огнестойкость. При нагреве минерал распадается, выделяя водяной пар и аммиак. Этот процесс поглощает тепло, создавая охлаждающий эффект. Негорючие газы вытесняют воздух, препятствуя распространению пламени и ускоряя обугливание.
Испытания в конусном калориметре показали: если необработанная ель загорается за 15 секунд, композит из струвита и опилок сопротивляется пламени втрое дольше. После воспламенения мгновенно формируется защитный слой из углерода и неорганических веществ, блокирующий огонь. Панели эффективно защищают себя.
Предварительные оценки указывают, что материал способен достичь класса огнестойкости, сравнимого с цементно-стружечными плитами, хотя требуются масштабные испытания. Цементно-стружечные плиты содержат 60-70% цемента по массе, что делает их тяжелыми и увеличивает углеродный след из-за энергоемкости цементного производства. Струвитовая плита содержит лишь 40% связующего, значительно легче.
Ключевое преимущество инновационного композита — возможность рециклинга после сноса здания. Демонтированные плиты измельчают и нагревают чуть выше 100 градусов Цельсия. Выделяется аммиак, опилки просеивают. Растворенный регенерированный материал позволяет ньюберииту снова осаждаться как твердое вещество.
Ньюбериит смешивают с новыми опилками для производства свежих струвитных композитов. Это делает материал ценным вкладом в экономику замкнутого цикла. Он также служит эффективным натуральным удобрением, медленно высвобождая фосфор, необходимый растениям.
Исследователи сосредоточены на оптимизации и масштабировании процесса. Успех в строительстве зависит от стоимости связующего: струвит дороже полимеров или цемента. Перспектива использования струвита, накапливающегося на очистных сооружениях и засоряющего трубы, как сырья, может кардинально изменить ситуацию.
Источник: scientificrussia.ru