Цемент - фактор глобального потепления?

При строительстве цемент смешивают с водой, количество которой зависит от вида строительства (для кладки стен нужны одни пропорции, а для мощения тротуара, например, - совсем другие). Важнейшим этапом является гидратация цемента - химическая реакция, в результате которой вода и порошкообразный клинкер превращаются в искусственный камень. Коротко этот процесс можно изобразить формулой: CaO-SiO₂-H₂O или C-S-H.

Как уже было сказано, актуальной проблемой, которую пытаются решить ученые, является снижение атмосферных выбросов СО₂ при производстве цемента. Теоретически можно снизить температуру «запекания» и, следовательно, уменьшить количество топлива, необходимого для накаливания печей. Перспективной областью исследования в этой области являются минералы алит и ларнит, входящие в состав клинкера и «запускающие» реакции C-S-H. Алит (Ca₃SiO₅) - химически активное вещество, однако оно образуется при большей температуре, чем ларнит (Ca₂SiO₄).

Химики из CSHub пытаются найти кристаллы ларнита, которые были бы так же химически активны, как кристаллы алита, однако формировались бы при более низкой температуре, экономя топливо. Это можно сделать только исследовав атомную структуру этих материалов, поэтому ученым из СSHub пришлось обратиться к квантовым вычислениям.

Они обнаружили, что одна из граней кристаллов алита присоединяет воду лучше, чем другие, тогда как в ларните все грани одинаковы, и он растворяется в воде хуже, чем алит. Другой их вывод состоит в том, что отдельные металлы, в частности магний, облегчают растворимость ларнита. Если опыты подтвердят правильность их опытов, то в будущем, возможно, будет использоваться экологически чистый цемент только на основе ларнита.