محققان دانشگاه رایس دریافتند که گرافن حاصل از کک متالورژی، محصولی که از زغال سنگ به‌دست می‌آید، می‌تواند نه تنها به عنوان یک افزودنی تقویت کننده در سیمان بلکه به عنوان جایگزینی برای شن در بتن نیز استفاده شود.
جایگزین نانویی برای «شن و ماسه» موجود در بتن پیدا شد
جیمز تور از محققان این پروژه گفت: «این نتایج می‌تواند تأثیر عمده‌ای بر یکی از بزرگترین صنایع جهان داشته باشد. ما بتنی که با افزودنی گرافنی ساخته شده را با بتن ساخته شده با استفاده از سنگدانه‌های شن و ماسه مقایسه کردیم، دریافتیم که بتن ما ۲۵ ٪ سبک‌تر بوده در حالی که به همان اندازه سخت است.»
تولید سیمان، برای تهیه بتن، ۸ ٪ از انتشار دی‌اکسید کربن در سراسر جهان را به خود اختصاص می‌دهد. علاوه بر این، استخراج ماسه، تهدیدات اکوسیستم‌های رودخانه و ساحلی را دچار مشکل می‌کند.
آزمایشگاه تور با استفاده از روش گرمای ژول، کک متالورژی را به نوعی گرافن تبدیل کرده است که می‌تواند به عنوان جایگزینی برای شن و ماسه در بتن باشد.
پل آدوینکولا، از محققان این پروژه می‌گوید: «آزمایش‌های اولیه نشان داد که کک متالورژیکی به گرافن تبدیل شده است، ساختارهای به دست آمده از نظر اندازه مشابه ماسه هستند. ما تصمیم گرفتیم که از گرافن مشتق از کک متالورژیکی به عنوان جایگزینی کامل برای شن و ماسه در بتن استفاده کنیم و یافته‌های ما نشان می‌دهد که این کار منجر به نتایج خوبی می‌شود.»
آزمایشات مقایسه بتن معمولی با بتن ساخته شده از مصالح گرافن نتایج امیدوارکننده‌ای به همراه داشت. بتن مبتنی بر گرافن نه تنها با خصوصیات مکانیکی بتن استاندارد مطابقت دارد بلکه نسبت استحکام به وزن بیشتری نیز ارائه می‌دهد.
آزمایشگاه تور از گرمایش فلش ژول برای انواع کاربردها، از جمله سنتز نانومواد کربنی ترکیبی، بازیافت قسمت‌هایی از باتری و حذف فلزات سنگین از خاکستر زغال سنگ استفاده کرده است. پل آدوینکولا می‌گوید: «این روش گرافن را سریع‌تر و در مقیاس بزرگتر از روش‌های قبلی تولید می‌کند.»
این فناوری جدید موجب کاهش اتکاء به ماسه طبیعی و کاهش انتشار کربن در صنعت بتن شده و می‌تواند توسعه شهری را به سوی شیوه‌های پایدارتر سوق دهد.
تور گفت: «مدتی طول خواهد کشید تا قیمت گرافن به اندازه کافی کم شود تا این روش پایدار شود. در حال حاضر این نتایج نشان می‌دهد که گزینه‌های دیگری وجود دارد که می‌توانیم دنبال کنیم.»
ناگاراجایا از محققان این پروژه گفت: «این واقعیت که ما در آستانه بحران دربخش شن و ماسه هستیم به ما انگیزه می‌دهد تا به دنبال گزینه‌های دیگری باشیم و کک متالورژی یک گزینه مناسب بوده چرا که تقریباً همان کار شن و ماسه را انجام می‌دهد.»
