یافته‌های سمیه نصیری، دانشیار دانشگاه کالیفرنیا نشان می‌دهد که قرار دادن نانوذراتی از جنس پوسته میگو و خرچنگ در سیمان، این ماده را به میزان قابل توجهی قوی‌تر می‌کند، نوآوری که می‌تواند منجر به کاهش ضایعات غذاهای دریایی و انتشار کربن کمتر در تولید بتن شود.
نانوذراتی از پوسته میگو و خرچنگ، کیفیت سیمان را بهبود داد
تیمی از محققان در مقاله‌ای که در نشریه Cement and Concrete Composites منتشر کردند، جزئیات مربوط به ایجاد نانوبلورها و نانوالیاف کیتین، دومین پلیمر زیستی فراوان در طبیعت را از پوسته‌های ضایعات میگو تشریح کردند. وقتی این تکه‌های ریز کیتین، به خمیر سیمان اضافه شد، ماده حاصل تا ۴۰ درصد قوی‌تر شد. زمان تعیین شده برای صلب شدن سیمان یا مدت زمان سخت شدن آن نیز بیش از یک ساعت به تعویق افتاد که خاصیت مطلوبی برای حمل و نقل طولانی مدت و بتن کاری در هوای گرم است.
سمیه نصیری، دانشیار دانشگاه کالیفرنیا، که این تحقیق را در دانشگاه ایالتی واشنگتن رهبری می‌کند، گفت: «صنعت بتن برای کاهش انتشار کربن از تولید سیمان تحت فشار است. با توسعه این افزودنی‌های جدید که مقاومت بتن را افزایش می‌دهند، می‌توانیم به کاهش میزان سیمان مورد نیاز و کاهش انتشار کربن بتن کمک کنیم.»
بتن در سراسر جهان در زیرساخت‌های حیاتی مانند ساختمان، پل‌ها و جاده‌ها استفاده می‌شود. این ماده بعد از آب بیشترین استفاده را در روی زمین دارد. در تولید سیمان برای رسیدن به دمای بالا (۱۵۰۰ درجه سانتیگراد) نیاز به استفاده از سوخت‌های فسیلی است. سنگ آهک مورد استفاده در تولید آن نیز دی اکسید کربن اضافی تولید می‌کند. تولید سیمان حدود ۱۵ درصد از انرژی مصرفی صنعتی و حدود ۵ درصد از کل انتشار گازهای گلخانه‌ای در سراسر جهان را شامل می‌شود.
در این میان، ضایعات غذاهای دریایی یک مشکل مهم برای صنعت ماهیگیری است که سالانه بین ۶ تا ۸ میلیون پوند زباله در سراسر جهان تولید می‌کند. هوی لی، استادیار پژوهشی در مرکز مهندسی و مواد کامپوزیت دانشگاه ایالتی واشنگتن و نویسنده مرتبط در این مقاله می‌گوید که بیشتر این زباله‌ها به دریا ریخته می‌شوند.
وی می‌گوید:«در دنیای کنونی، در مواجهه با تغییرات آب و هوایی از طریق اقتصاد چرخه‌ای، ما می‌خواهیم تا حد امکان از مواد زاید استفاده کنیم.»
محققان برای بهبود بتن با پلیمر زیستی مشابه، سلولز، کار کرده‌اند. گاهی اوقات افزودنی‌های سلولزی به بتن کمک می‌کند و گاهی اوقات نه. محققان در مورد دلیل آن متعجب بودند.
این تیم تحقیقاتی دانشگاه ایالتی واشنگتن در کار خود، مواد کیتین را در مقیاس نانو مطالعه کردند. پوسته‌های خرچنگ، و میگو از حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد کیتین تشکیل شده است که بیشتر آن کربنات کلسیم است که یک افزودنی مفید دیگر برای سیمان است. در مقایسه با سلولز، کیتین در مقیاس مولکولی مجموعه‌ای از اتم‌ها دارد که به محققان اجازه می‌دهد بار روی سطح مولکول‌ها و در نتیجه نحوه رفتار آنها در دوغاب سیمان را کنترل کنند.
موفقیت در تقویت خمیر سیمان به نحوه معلق شدن ذرات در داخل دوغاب سیمان و نحوه تعامل آنها با ذرات سیمان مربوط می‌شود. همانطور که نانوبلورهای فرآوری شده کیتین را به سیمان اضافه کردند، توانستند خواص آن از جمله قوام، زمان گیرش، استحکام و دوام را بهبود بخشند و هدف قرار دهند. آنها شاهد افزایش ۴۰ درصدی مقاومت در برابر خم شدن بتن و بهبود ۱۲ درصدی در توانایی فشرده سازی محصول نهایی بودند.
ولکات گفت: «این اعداد بسیار قابل توجهی هستند. اگر بتوانید مقدار مصرفی خود را کاهش دهید و عملکرد مکانیکی یا عملکرد ساختاری یکسانی داشته باشید و طول عمر آن را دوبرابر کنید، در این صورت می توانید به میزان قابل توجهی انتشار کربن در محیط را کاهش دهید.»
