سوپرمنی به نام نانوتکنولوژی

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا، امروزه بتن به تنهایی باعث تولید هشت درصد از کل کربن تولید شده در دنیاست. سیمان، یک عنصر کلیدی در بتن، همچنین گسترده ترین منبع ساخت بشر در جهان است که سالانه بیش از چهار میلیارد تن تولید می شود.

با توجه به استفاده مداوم از سیمان و بتن و همچنین آسفالت که از نفت و برای استفاده در راه سازی تولید می‌شود، این مواد و تولید آنها باید با محیط زیست سازگارتر باشند تا با اهداف پایداری مدرن مطابقت داشته باشند. اینجاست که نانوتکنولوژی و به‌ویژه مشتق کربن، گرافن (graphene) وارد میدان می‌شود. در حال حاضر خیلی از محصولات بتنی و سیمانی موجود در بازار حاوی گرافن هستند و با محیط‌زیست بسیار سازگارند. البته، تجاری‌سازی آسفالت گرافن (graphene) آنقدر گسترده نیست، اما چندین آزمایش موفقیت‌آمیز در دنیا در بریتانیا و اتحادیه اروپا به این معنی است که مدت زیادی طول نمی‌کشد تا این آسفالت به سطح سایر مواد ساختمانی تقویت‌شده با گرافن برسد و در دسترس همه قرار گیرد.

بتن و سیمان تقویت شده با گرافن برای کاهش انتشار کربن

بتن قوی و کم هزینه است، بنابراین برای ساختمان‌سازی ایده آل است، اما با گذشت زمان تخریب شده و از بین می‌رود. وارد کردن مقدار کمی گرافن (معمولاً کمتر از یک و اغلب فقط یک دهم درصد از کل) به سیمان یا مخلوط بتن اصلی، می‌تواند چندین مزیت از جمله افزایش طول عمر، افزایش ۲۵ درصدی در استحکام کششی، افزایش ۳۵ درصدی در مقاومت فشاری و افزایش چهار برابری مقاومت در برابر آب را به همراه داشته باشد.

این خواص فیزیکی بهبود یافته همچنین به این معنی است که مقدار کمتری از سیمان و بتن، می‌تواند بار بیشتری را تحمل کند. سازه‌هایی که تا به امروز با بتن تقویت شده با گرافن ایجاد شده‌اند، برای ارائه خواص ساختاری و دوام مشابه، به ۳۳ درصد مواد کمتر برای تولید نیاز دارند.

با کاهش حجم مواد مورد نیاز برای تولید بتن و سایر مصالح ساختمانی با استفاده از گرافن، تصور می‌شود آن هشت درصد کربن تولید شده برای ساخت بتن، می‌تواند تا ۲ درصد کاهش یابد. در حال حاضر چندین شرکت وجود دارد که سیمان تقویت‌شده با گرافن، مخلوط بتن تقویت‌شده با گرافن یا افزودنی‌هایی حاوی گرافن برای محصولاتی که با بتن ساخته می‌شوند را تولید می‌کنند تا مزایای گفته شده را به آنها اضافه کنند.

بهبود طول عمر جاده ها با گرافن

کار روی جاده‌های تقویت‌شده با گرافن عمدتاً با همکاری نهادهای دولتی و شرکت‌های خصوصی بوده است، بنابراین در حالی که این مواد لزوماً در دسترس عموم مردم نیستند، کارهای زیادی برای رساندن جاده‌های تقویت‌شده با گرافن به کشورهای مختلف در حال انجام است و چندین جاده در بریتانیا و ایتالیا قبلاً از این طریق بازسازی شده‌اند.

اولین آزمایش موفقیت‌آمیز جاده‌ای با استفاده از گرافن، در یک جاده یک کیلومتری خارج از رم در ایتالیا اتفاق افتاد. پس از این، جاده‌های گرافنی بیشتری در فرودگاه فیومیچینو رم ساخته شد. آزمایش اولیه نشان داد چگونه گرافن، مقاومت در برابر فرسودگی جاده را تا بیش از ۲۵۰ درصد، استحکام کششی غیرمستقیم را تا ۳۵ درصد و مقاومت در برابر تغییر شکل را تا ۴۶ درصد افزایش داد. گرافن همچنین پایداری حرارتی بالایی به آسفالت می‌بخشد و باعث می‌شود گرما را دفع کرده و با افزایش دمای جاده‌ها در اثر گرمای طولانی‌مدت ناشی از تغییرات اقلیمی مقابله کند.

از زمان موفقیت استفاده از گرافن در ایتالیا، آزمایش‌های متعددی هم در بریتانیا راه‌اندازی شده و با نتایج موفقیت‌آمیزی همراه بوده است که نشان می‌دهد روکش مجدد جاده‌ها با گرافن می‌تواند تا ۳۲ درصد کمتر از آسفالت معمولی در دراز مدت هزینه داشته باشد.

همانند بتن و سیمان تقویت‌شده با گرافن، در تولید آسفالت با کمک گرافن هم مواد کمتری نسبت به آسفالت استاندارد برای بهره‌مندی از مزایای مشابه مورد نیاز است، بنابراین در درازمدت با محیط‌زیست سازگارتر و مقرون به صرفه‌تر است که در همه جا از این روش استفاده شود. گرافن نه تنها طول عمر جاده را بهبود می بخشد، بلکه به آسیب کمتر خودرو از طریق چاله‌های کمتر و شرایط جاده بهتر منجر می‌شود.

آزمایش‌ها در حال انجام هستند و ظرفیت بزرگی در آینده برای تجدید یا ایجاد سیستم‌های جاده‌ای ماندگارتر و سبزتر وجود دارد.