«Производственный процесс основан на геологическом процессе формирования горных пород», — объясняет Флориан Бувиль, постдок группы Андре Стударта, профессора сложных материалов. Осадочная порода формируется из отложений, которые сжимаются в течение миллионов лет под давлением вышележащих отложений.
Этот процесс превращает осадок карбоната кальция в известняк с помощью окружающей воды. Поскольку исследователи ETH использовали карбонат кальция с очень мелкими частицами (наночастицами) в качестве исходного материала, их процесс компактирования занял всего час. «Наша работа является первым доказательством того, что кусок керамического материала может быть изготовлен при комнатной температуре за такое короткое время и при относительно низком давлении», — говорит профессор ETH Studart.
Сильнее бетона
Как показали испытания, новый материал может выдерживать примерно в десять раз большую силу, чем бетон, прежде чем он сломается, и такой же жесткий, как камень или бетон. Другими словами, так же сложно деформировать.
До сих пор ученые производили образцы материалов размером примерно с монету в один франк с использованием обычного гидравлического пресса, такого как те, которые обычно используются в промышленности. «Задача состоит в том, чтобы создать достаточно высокое давление для процесса уплотнения. Более крупные детали требуют соответственно большей силы », — говорит Бувиль.
По мнению ученых, керамические изделия размером с небольшую плитку для ванной теоретически должны быть осуществимы.
Энергоэффективный и экологически чистый
«В течение долгого времени исследователи материалов искали способ производить керамические материалы в мягких условиях, поскольку процесс обжига требует большого количества энергии», — говорит Стударт.
Новый метод при комнатной температуре, который специалисты называют холодным спеканием, намного более энергоэффективен, а также позволяет производить композитные материалы, содержащие, например, пластик.
Этот метод также представляет интерес с точки зрения будущего общества с нейтральным выбросом CO2. В частности, наночастицы карбоната предположительно могут быть произведены с использованием CO2, улавливаемого из атмосферы или из отходящих газов тепловых электростанций. В этом сценарии захваченный CO2 реагирует с подходящей породой в форме порошка с образованием карбоната, который затем может быть использован для производства керамики при комнатной температуре.
Таким образом, вредный для климата CO2 будет сохраняться в керамических изделиях в долгосрочной перспективе. Они будут представлять собой поглотитель CO2 и могут помочь тепловым электростанциям работать на углеродно-нейтральной основе.
По мнению ученых, в долгосрочной перспективе новый подход холодного спекания может даже привести к созданию более экологически чистых заменителей материалов на основе цемента.
Однако для достижения этой цели необходимы большие исследовательские усилия. Производство цемента не только энергоемкое, но и генерирует большое количество CO2 — в отличие от потенциальных материалов-заменителей холодного спекания.