İnsan dışkısından elde edilen biyokömürle yapılan beton %42 daha dayanıklı

Dünyada inşaat ve altyapı alanlarında yaygın olarak kullanılan beton, modern yaşamın en önemli yapı malzemelerinden biridir. Ancak çimentonun üretimi, yüksek miktarda karbondioksit salımına yol açtığı için çevresel sorunlar yaratıyor. Bilim insanları bu duruma alternatif olarak insan dışkısı atıklarından üretilen biyokömürü değerlendiriyor.

Hindistan'daki Manipal University Jaipur'dan inşaat mühendisi Raghuvesh Tiwari'nin liderliğindeki araştırma ekibi, dışkı çamuru arıtma tesislerinden elde edilen biyokömürün, çimentonun bir kısmının yerine kullanıldığında beton üzerindeki etkilerini inceledi. Çalışmanın sonuçları Scientific Reports dergisinde yayımlamak üzere kabul edildi.

Araştırmacılar, belirli oranlarda biyokömür kullanmanın betonun dayanım özelliklerinde önemli artışlar sağladığını tespit etti. Araştırmada, insan dışkısı doğrudan betona eklenmedi. Ekip, Hindistan’ın Warangal kentindeki bir dışkı çamuru arıtma tesisinden biyokömür temin etti.

Dışkı çamuru kurutulduktan sonra, oksijenin sınırlı olduğu bir ortamda 350-450 derece sıcaklıkta ısıtılarak biyokömüre dönüştürüldü. Elde edilen malzeme ince bir toz haline getirildi ve daha sonra geleneksel betondaki çimentonun, sırasıyla %5, %10 ve %15'inin yerine kullanıldı.

Beton örnekleri, basınç dayanımı, eğilme dayanımı, su emme, gözeneklilik ve kuruma büzülmesi gibi farklı özellikler açısından test edildi. Sonuçlar, genel olarak en güçlü performansın, çimentonun %5'inin biyokömürle değiştirildiği karışımda elde edildiğini gösterdi. Betonun kürlenme süresi uzadıkça, dayanımının arttığı gözlemlendi.

91 gün sonunda, %5 biyokömür kullanılan karışımda ortalama basınç dayanımında %20, eğilme dayanımında ise %36 artış kaydedildi. Çimentonun %10'unun biyokömürle değiştirildiği karışımda ise basınç dayanımındaki artış %21, eğilme dayanımındaki artış ise %42'ye ulaştı. Bu durumda, “beton %42 daha güçlü oldu” ifadesi kullanıldı; ancak bu sonuç eğilme dayanımında ölçüldü.

Biyokömür ilavesinin diğer beton özelliklerini olumsuz etkilemediği de belirlendi. %5 oranındaki karışım, geleneksel betondan daha az su emdi, daha düşük gözeneklilik gösterdi ve kuruma sırasında daha az büzüldü. %10'luk karışım ise bu özelliklerde normal betonla benzer düzeyde kaldı.

Fakat oran artırıldığında olumlu sonuçların devam etmediği görüldü. Çimentonun %15'inin biyokömürle değiştirildiği beton, kürlendikçe güçlenmesine rağmen toplam dayanımda %5 ve %10'luk karışımların gerisinde kaldı. Araştırmacılar, biyokömürün beton üzerindeki etkilerini açıklayan birkaç mekanizma olduğunu düşünüyor.

Biyokömür yapısı itibarıyla gözenekli bir yapıdadır. İçindeki boşluklar suyu tutabilir ve beton sertleşirken bu suyu yavaşça serbest bırakabilir. Böylece biyokömür parçacıkları, çimentonun sertleşmesini sağlayan kimyasal reaksiyonların devam etmesine yardımcı olabilir.

Ayrıca biyokömürün silika bakımından zengin olması, çimentonun sertleşme sürecinde farklı bileşiklerle etkileşime girerek dayanımda rol oynayan kalsiyum silikatların oluşumuna katkıda bulunabileceği düşünülüyor. İnce biyokömür parçacıkları, beton içindeki boşlukları doldurarak bileşenlerin daha sıkı bir yapı oluşturmasına da yardımcı oluyor.

Mikroskobik incelemeler, %5 biyokömür içeren betonun geleneksel betona kıyasla daha yoğun ve sıkı bağlanmış bir yapıya sahip olduğunu ortaya koydu. Ancak %15'lik karışımda daha fazla gözenek, çatlak ve zayıf bağlanmış bölgeler gözlemlendi. Buna rağmen, araştırmacılar sonuçların dikkat çekici olmasına rağmen bu betonun binalarda kullanılmaya başlanacağı anlamına gelmediğini vurguluyor.

Malzemenin donma-çözülme döngüleri, tuzluluk ve aşırı sıcaklıklar gibi gerçek yaşam koşullarındaki performansının ayrıca araştırılması gerekiyor. Ayrıca, kanalizasyon çamurlarında bulunabilen ağır metallerin beton içinde ne kadar güvenli tutulacağı ve zamanla çevreye sızıp sızmayacağı henüz bilinmiyor. Çalışmada, bu yöntemin karbon salımını ne ölçüde azaltabileceği de değerlendirilmedi.

Ancak yine de araştırma, sürekli oluşan bir atık kaynağından elde edilen malzemeyle çimentonun bir bölümünün değiştirilmesinin gelecekte atık yönetimine ve çimento kullanımının azalmasına katkı sağlayabileceğini gösteriyor.