建筑物及其建筑材料的生產(chǎn)會排放大量二氧化碳 (CO 2 )，這是一種強效溫室氣體，會導(dǎo)致全球變暖和氣候變化。但將 CO 2儲存在建筑材料中可以幫助它們變得更加環(huán)保?？茖W(xué)家報告說，他們設(shè)計了一種復(fù)合地板材料，其儲存的 CO 2多于制造所需的 CO 2 ，??提供了符合建筑規(guī)范的“負(fù)碳”選項，并且比標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合地板便宜。

研究人員將于今天在化學(xué)會 (ACS) 春季會議上展示他們的研究結(jié)果。 ACS 2024 年春季會議是一場混合會議，將于 3 月 17 日至 21 日舉行;它包含近 12,000 個有關(guān)一系列科學(xué)主題的演示。

該項目的主要研究人員之一、有機化學(xué)家戴維·赫爾德布蘭特 (David Heldebrant) 表示，除了幾種類型的水泥外，負(fù)碳復(fù)合材料很少見。他的團隊開發(fā)的復(fù)合地板“是首批在其生命周期內(nèi)明顯具有 CO 2負(fù)值的復(fù)合材料之一，”他說。

根據(jù)世界綠色建筑委員會的數(shù)據(jù)，建造建筑物的材料和工藝占所有與能源相關(guān)的碳排放量的 11%。人們在開發(fā)可以抵消這些排放的建筑用品方面做出了巨大努力，例如使用回收產(chǎn)品或植物衍生產(chǎn)品。然而，在許多情況下，這些可持續(xù)替代品比傳統(tǒng)材料更昂貴，或者無法匹配其性能，例如強度或耐用性。

一種建筑材料——地板——是一個價值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。由木塑復(fù)合材料制成的裝飾板是木板的流??行替代品，因為它們不易受到紫外線輻射的損壞，并且使用壽命更長。復(fù)合地板通常由木片或鋸末和塑料(例如高密度聚乙烯 (HDPE))的混合物制成。為了使這些復(fù)合材料更具可持續(xù)性，一種替代方法是使用廢棄產(chǎn)品或否則會被燃燒的填料。

Heldebrant 的同事 Keerti Kappagantula 正在采取這種方法：使用低品質(zhì)褐煤和木質(zhì)素(一種造紙過程中剩余的木材衍生產(chǎn)品)作為裝飾復(fù)合材料的填料。為了使煤粉和木質(zhì)素顆粒與塑料混合并粘附在塑料上，研究小組需要在顆粒表面添加酯官能團。 Heldebrant 在太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 工作并開發(fā)專門的液體來捕獲 CO 2，??他在與 Kappagantula 喝咖啡聊天時發(fā)現(xiàn)了這項工作。

另一位項目研究員 Satish Nune 和 Heldebrant 聽到這個消息后都很興奮。 “酯本質(zhì)上是羧酸，是 CO 2的捕獲形式，”Heldebrant 解釋道。因此，該團隊想做同樣的事情，將CO 2放置到復(fù)合材料中的顆粒表面，使材料更加環(huán)保，同時提高復(fù)合材料的機械性能。

為了測試這種方法的可行性，研究小組采用了一種經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)，在CO 2和一種稱為苯酚的官能團之間形成新的化學(xué)鍵，苯酚在煤和木質(zhì)素等木制品中含量豐富。經(jīng)過反應(yīng)后，木質(zhì)素和煤顆粒含有按重量計2-5%的CO 2 。

然后，該團隊將不同比例的這些顆粒與 HDPE 混合，形成棕黑色復(fù)合材料，并測試了所得性能。含有 80% 填料的復(fù)合材料最大限度地提高了 CO 2含量，同時展現(xiàn)出符合國際裝飾材料建筑規(guī)范的強度和耐用性。它是使用 PNNL 的剪切輔助加工和擠壓 (ShAPE TM ) 機器通過摩擦擠壓制造的。研究人員使用這種材料形成 10 英尺長的復(fù)合材料，其外觀和觸感與地板或草坪家具中使用的任何標(biāo)準(zhǔn)木質(zhì)復(fù)合材料相似。

除了良好的物理性能外，新型復(fù)合板還具有巨大的價格和可持續(xù)性優(yōu)勢。它們比標(biāo)準(zhǔn)裝飾復(fù)合板便宜 18%。 Heldebrant 說，它們儲存的 CO 2比其制造和使用壽命期間釋放的還要多。他說，如果每年銷售的 35.5 億英尺地板被研究人員的 CO 2負(fù)復(fù)合地板取代，每年可以封存 25 萬噸 CO 2，??相當(dāng)于 54,000 輛汽車每年的排放量。

接下來，研究人員計劃制造更多的復(fù)合材料配方并測試其性能。他們設(shè)想可以為一系列建筑材料開發(fā)負(fù)碳復(fù)合材料，例如柵欄和壁板。與此同時，該團隊正在努力將其露臺地板商業(yè)化。這種新型負(fù)碳地板最快將于明年夏天在建筑供應(yīng)零售商處上市。