Научници направили бетон од људског измета – необичан додатак повећао чврстоћу за чак 42 одсто

Бетон је, дословно, темељ савременог света.

Готово сваки грађевински пројекат на свету користи овај материјал у неком облику. Постоји, међутим, један проблем, и то велики: производња једног од његових кључних састојака – цемента – изузетно је штетна по животну средину.

Загревање и прерада кречњака ради производње цемента један је од највећих извора емисије угљен-диоксида у свету, па је разумљиво што научници трагају за начинима да ублаже тај проблем.

Истраживачи које предводи грађевински инжењер Рагувеш Тивари са Универзитета Манипал у Џајпуру, у Индији, можда су пронашли генијално решење које би могло истовремено да помогне у решавању два еколошка проблема.

Додавањем биоугља направљеног од муља људског фекалног отпада, који се прерађује у постројењима за третман фекалног муља, добили су бетон који, како наводе у раду прихваћеном за објављивање у часопису Scientific Reports, „показује значајна побољшања својстава бетона“.

Бетон своју изузетну употребљивост дугује комбинацији различитих својстава. Док је влажан, може да се обликује и излива у готово било који облик, а након очвршћавања постаје материјал довољно јак да издржи огромна оптерећења и довољно трајан да опстане деценијама – или чак миленијумима.

Обично се прави од неколико састојака у тачно одређеним количинама: песка, шљунка, воде и цемента, који се првенствено производи од кречњака.

Нажалост, однос тих састојака веома је осетљив – промена њихове равнотеже или замена дела цемента неким другим материјалом може да произведе бетон који није толико чврст или трајан као уобичајени. Као грађевински материјал неће бити од велике користи ако дословно попуца под притиском.

Једна од све перспективнијих замена за цемент јесте биоугаљ, материјал богат угљеником који се добија загревањем органске материје у средини са мало кисеоника.

Предност биоугља је у томе што може да се производи од многих врста органске материје.

А људи производе прилично велику количину органске материје – и до око 400 грама измета по особи дневно. На појединачном нивоу то не делује много, али када то помножите са неколико милиона људи, готово је запањујуће колико су наши канализациони системи заправо ефикасни.

У сваком случају, све те тоне измета које се свакодневно произведу морају негде да заврше – и ту ствари почињу да се повезују.

У Индији су успостављена постројења за третман фекалног муља како би се људски отпад безбедно збрињавао, а тај отпад пиролизом може да се претвори у биоугаљ. Истраживачи су зато закључили: ако су биоугаљ од пиљевине, дрвета, пиринчане љуске и других материјала ефикасни у производњи бетона – зашто не бисмо пробали и са људским изметом?

Да би то проверили, Тивари и његове колеге набавили су биоугаљ произведен од фекалног муља у постројењу за прераду у Варангалу, у Индији.

За производњу биоугља, фекални муљ се најпре суши, а затим загрева у средини са мало кисеоника на температурама између 350 и 450 степени Целзијуса. Тако добијени биоугаљ потом се меље и просејава док се не добије фини прах.

Истраживачи су тим прахом заменили различите количине цемента – пет, 10 и 15 одсто – у конвенционалном бетону, а затим су добијени бетон подвргли низу испитивања како би утврдили његове карактеристике.

И, колико год невероватно звучало, мала количина људског измета учинила је бетон бољим.

Истраживачи су мерили скупљање, чврстоћу на притисак, чврстоћу на савијање, упијање воде и порозност различитих мешавина – и ту су резултати постали посебно занимљиви.

У целини гледано, најчвршћи бетон углавном је добијен када је пет одсто цемента замењено биоугљем од фекалног муља.

Међутим, такав бетон имао је још једну занимљиву особину: наставио је значајно да добија на чврстоћи током очвршћавања. Истраживачи наводе да је после 91 дана мешавина са пет одсто биоугља забележила просечно повећање чврстоће на притисак од 20 одсто и чврстоће на савијање од 36 одсто.

Када је биоугљем замењено 10 одсто цемента, та повећања била су још већа: 21 одсто када је реч о чврстоћи на притисак и чак 42 одсто када је реч о чврстоћи на савијање.

Притом, чини се да повећање чврстоће није ишло на штету других својстава која је тим испитивао.

Са пет одсто биоугља бетон је углавном упијао мање воде и имао мању порозност од конвенционалног бетона, док је и скупљање приликом сушења било мање. Са 10 одсто биоугља његове карактеристике и даље су биле у великој мери упоредиве са обичним бетоном.

Али, као и обично, може се претерати – па и са изметом.

Када је 15 одсто цемента замењено биоугљем, бетон је и даље постајао чвршћи током очвршћавања, али је његова укупна чврстоћа заостајала за верзијама са пет и 10 одсто.

Зашто онда додавање мале количине материјала добијеног од људског измета чини бетон чвршћим?

Истраживачи сматрају да је реч о комбинацији неколико ефеката. Као прво, биоугаљ од фекалног муља изузетно је порозан и испуњен ситним шупљинама које могу да упијају воду и постепено је ослобађају док бетон очвршћава.

На тај начин честице биоугља практично постају сићушни унутрашњи резервоари, обезбеђујући воду потребну за хемијске реакције које доводе до очвршћавања и јачања цемента.

Међутим, материјал добијен од измета не служи само за задржавање воде.

Биоугаљ је богат силицијум-диоксидом, који може да реагује са једињењима насталим током очвршћавања цемента и створи додатне калцијум-силикате, који доприносе чврстоћи бетона.

Другим речима, реч је о пуцоланској реакцији – истој широкој групи хемијских реакција која је чувено коришћена у древном римском бетону, само што се овога пута уместо вулканског материјала који су користили Римљани употребљава материјал добијен од људског измета.

На крају, ситне честице биоугља могу да попуне празнине у бетону и побољшају начин на који се његови састојци међусобно уклапају и повезују.

Истраживачи су резултат могли да виде и под микроскопом. Бетон који је садржао пет одсто биоугља имао је гушћу и чвршће повезану структуру од конвенционалног бетона.

Међутим, код удела од 15 одсто та структура је почела да се погоршава – појављивало се више пора, пукотина и подручја у којима су састојци били слабије повезани.

Наравно, то не значи да ћемо већ сутра почети да градимо небодере од оваквог бетона. Истраживачи напомињу да су потребна додатна испитивања како би се утврдило како се материјал понаша у стварним условима, попут циклуса смрзавања и одмрзавања, изложености соли и екстремним температурама.

Ту је и питање акумулације тешких метала, што је познат проблем код канализационог муља. Везивање потенцијално штетних тешких метала у бетону могло би да буде предност, али још није познато колико ће они успешно остати заробљени у материјалу, нити да ли би временом могли да се испирају и доспеју у животну средину.

Студија такође није проценила утицај ове методе на емисије угљен-диоксида.

Ипак, замена чак и малог дела цемента у бетону материјалом направљеним од отпада који људи производе у практично неисцрпним количинама могла би истовремено да помогне у решавању два проблема.

А ако постоји нешто на шта можемо да рачунамо да ће људи доследно производити у великим количинама – онда је то свакако измет.