Bahnbrechende Erkenntnisse zur CO₂-Absorption in zementbasierten Materialien

BerlinForscher haben herausgefunden, dass zementbasierte Materialien zur Reduktion von CO2 in der Atmosphäre beitragen können. Diese Materialien fangen CO2 ein und speichern es durch einen Prozess namens Karbonatisierung, bei dem stabile Minerale entstehen. Trotz zahlreicher Studien ist noch nicht vollständig geklärt, wie dieser Mechanismus genau funktioniert. Die im Journal of Physical Chemistry C veröffentlichte Untersuchung zeigt mit neuen Methoden, dass strukturelle Veränderungen und Wassermigration eine wichtige Rolle im Karbonatisierungsprozess spielen.

Wichtige Ergebnisse der Studie umfassen:

• Der Wassertransport und strukturelle Veränderungen durch Karbonatisierung spielen eine entscheidende Rolle.
• Zur Untersuchung des Wassertransports in Calcium-Silikat-Hydraten (C-S-H) werden 29Si-Kernspinresonanz (NMR) und 1H-NMR-Relaxometrie eingesetzt.
• Die Karbonatisierung wird von Faktoren wie relativer Luftfeuchtigkeit (RH) und Kalzium-Silizium-Verhältnissen (Ca/Si) beeinflusst.

Das Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Takahiro Ohkubo von der Chiba University stellte C-S-H her und setzte sie reinem CO2 aus, um die Karbonatisierung zu beschleunigen. Durch diese Technik konnten sie Veränderungen beobachten, die normalerweise viele Jahre in Anspruch nehmen würden. Das Verständnis dieser Veränderungen könnte zu besseren Baustoffen führen, die große Mengen an CO2 aufnehmen können.

Die Studie ergab, dass das Ca/Si-Verhältnis und der Feuchtigkeitsgehalt den Carbonatisierungsprozess maßgeblich beeinflussen. Niedrigere Feuchtigkeit und höhere Ca/Si-Verhältnisse führen zu kleineren Porengrößen, was die Freisetzung von Kalziumionen und Wasser aus der C-S-H-Struktur verringern kann. Dies macht die Carbonatisierung weniger effektiv, daher ist es wichtig, diese Faktoren anzupassen, um eine bessere CO2-Aufnahme zu erreichen.

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Diese Studie ist entscheidend, da sie sowohl strukturelle Veränderungen als auch den Stofftransport während der Karbonatisierung untersucht. Durch die Betrachtung beider Aspekte liefert sie ein umfassenderes Verständnis des Prozesses, was zur Entwicklung neuer Materialien im Kampf gegen den Klimawandel beitragen könnte.

Diese Forschung hat weitreichende Konsequenzen über Baumaterialien hinaus. Karbonatisierungsreaktionen treten auch in der Natur auf, was bedeutet, dass diese Methode unser Verständnis dieser natürlichen Prozesse verbessern könnte. Durch das Herausstellen der Bedeutung von Struktur- und Transportfaktoren könnte diese Studie zu neuen Lösungen für große Umweltprobleme führen.

Die neue Erkenntnis darüber, wie Zement mit Kohlendioxid interagiert, könnte zur Entwicklung effektiverer Kohlenstoffbindungssysteme beitragen. Diese Forschung verdeutlicht, dass Zement eine wichtige Rolle bei der Reduktion von CO2 in der Atmosphäre spielen könnte. Der Einsatz fortschrittlicher Techniken wie NMR zur Untersuchung dieser Wechselwirkungen stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Materialwissenschaft und Umwelttechnik dar.