Ученые из Университета Монаша в Австралии разработали способ, позволяющий цементу гораздо эффективнее поглощать углекислый газ. Для этого они использовали простейшую аминокислоту – глицин. Добавка в долях процента изменила химический ход реакций в цементе, ускорив процесс связывания CO₂ примерно в четыре раза и одновременно повысив прочность полученного материала.
Работа относится к направлению так называемого карбонизационного твердения, при котором бетон не просто застывает, а активно «вбирает» углекислый газ из окружающей среды. В ходе этого процесса CO₂ вступает в реакцию с компонентами цемента, превращаясь в стабильный карбонат кальция (CaCO₃) и фактически навсегда закрепляясь внутри материала. Эта технология считается одним из наиболее эффективных способов снижения углеродного следа строительства. Проблема в том, что реакция протекает медленно, требует повышенной температуры или давления и нередко ослабляет структуру цемента.
Австралийские исследователи предложили вмешаться в этот процесс на молекулярном уровне. Они добавили в цементную смесь минимальное количество глицина (менее 1% от массы цемента), который играет ключевую роль в природных механизмах образования твердых минералов, таких как раковины и кораллы. После этого образцы подвергли стандартному циклу карбонизации, чтобы сравнить их с обычным цементом.
На стадии предварительного твердения глицин изменил химическое поведение цементной массы. Он ускорил растворение минеральных частиц и высвобождение ионов кальция, действуя как буфер: частично нейтрализовал щелочность раствора, связывал кальций и облегчал его переход в раствор. В результате концентрация кальция в порах оказалась почти в четыре раза выше, чем в контрольных образцах, а структура цемента стала более проницаемой для углекислого газа.
Когда началась стадия подачи CO₂, реакция пошла значительно быстрее. Уже через час в модифицированном образце образовалось столько же карбоната кальция, сколько в обычном цементе лишь спустя четыре-пять часов. При этом процесс протекал при обычных условиях – без нагрева и повышенного давления.
После того, как материал с глицином затвердел, он оказался плотнее и прочнее. Общий объем пор снизился примерно на 22%, а прочность на растяжение выросла на 17%. Ученые объясняют этот эффект образованием органо-неорганических гибридных структур – соединений, в которых молекулы глицина частично встраиваются в кристаллы карбоната кальция и усиливают их.
Исследователи подчеркивают, что глицин выбран лишь как модельная молекула – самая простая из аминокислот. В дальнейшем планируется испытать и другие соединения, например аргинин, серин или аспарагиновую кислоту, чтобы определить, какие из них наиболее эффективно управляют процессом карбонизации. В перспективе такие исследования могут привести к созданию нового поколения «биоактивных» цементов, которые будут не только быстрее улавливать углекислый газ, но и формировать более прочную и долговечную структуру.
