Цемент один из самых массовых материалов на планете. Мы привыкли считать его источником значительных выбросов углекислого газа, но у этого «строительного клея» есть малоизвестная сторона. На протяжении десятилетий службы зданий и инфраструктуры цемент способен постепенно поглощать CO₂ из атмосферы, словно медленно «вдыхая» его.
Недавнее исследование Центра устойчивого развития бетона Массачусетского технологического института (MIT) впервые дало количественную оценку этого процесса в масштабах целых стран. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Миллионы тонн CO₂ — обратно в материал
Используя новый научный подход, исследователи выяснили:
цементные конструкции в США ежегодно поглощают более 6,5 млн метрических тонн CO₂. Это примерно 13% от технологических выбросов, возникающих при производстве цемента в стране.
Для сравнения: в Мексике строительный фонд ежегодно связывает около 5 млн тонн CO₂, несмотря на меньший общий объём использования цемента.
Как цемент связывает углерод
Механизм этого явления известен учёным давно. Углекислый газ проникает в бетон и цементный раствор через микроскопические поры, где вступает в реакцию с кальцийсодержащими соединениями. В результате образуется карбонат кальция по сути, известняк, устойчивый минерал, в котором углерод может сохраняться десятилетиями.
Однако сложность заключается не в химии, а в масштабировании. Одна и та же реакция протекает по-разному:
-
в автомагистрали в жарком Далласе,
-
в жилых домах Мехико из бетонных блоков,
-
в фундаменте, большую часть года находящемся под снегом на Аляске.
Как объясняет ведущий автор исследования Хессам Азари-Джафари, скорость поглощения углерода зависит сразу от нескольких факторов:
-
типа цемента,
-
вида изделия (бетон, блоки, раствор),
-
геометрии конструкции,
-
климата и условий эксплуатации.
Даже в пределах одного здания разные элементы могут поглощать CO₂ с разницей в несколько раз.
Как посчитать «дыхание» целой страны
Попытка учесть каждую плиту, стену или дорогу была бы невозможной. Поэтому команда MIT пошла иным путём. Учёные разработали сотни типовых «архетипов» конструкций усреднённых моделей зданий и инфраструктурных элементов.
Затем они смоделировали:
-
как каждый архетип поглощает CO₂ в разных климатических условиях,
-
насколько часто такие конструкции встречаются в каждом штате США и регионах Мексики.
Этот подход позволил понять не только сколько углерода поглощается, но и почему показатели так различаются.
Что влияет сильнее всего
Анализ показал два ключевых фактора.
Первый — строительные тенденции.
Рост или спад строительства влияет на объём «молодого» цемента, который наиболее активно вступает в процесс карбонизации.
Второй — соотношение бетона и раствора.
Цементный раствор гораздо более пористый и может поглощать CO₂ в разы быстрее, чем плотный бетон.
Именно это объясняет интересный факт:
в Мексике используется примерно вдвое меньше цемента, чем в США, но на страну приходится около трёх четвертей выбросов цементного сектора — и при этом значительная их часть затем вновь связывается материалом.
Можно ли усилить поглощение углерода
Исследователи подчёркивают: с элементами, содержащими стальную арматуру, нужно быть осторожными, так как ускоренная карбонизация может повысить риск коррозии. Но во многих случаях увеличить поглощение CO₂ можно безопасно.
Среди возможных решений:
-
увеличение площади поверхности, контактирующей с воздухом,
-
отказ от плотных облицовок и красок,
-
использование конструкций с развитой геометрией (например, вафельных плит),
-
применение менее «прочных», а значит более пористых бетонных смесей.
Такие меры одновременно снижают расход цемента и усиливают связывание углерода.
Почему это важно для климатической отчётности
Авторы исследования отмечают, что существующие национальные и международные системы учёта выбросов часто используют упрощённые коэффициенты, которые не отражают реального поведения цементных конструкций во времени.
«Бетон под нашими ногами и здания вокруг нас постоянно поглощают миллионы тонн CO₂, подчёркивает Азари-Джафари. Но эти процессы до сих пор недооценены в официальной отчётности».
Включение обновлённых научных данных в документы IPCC и национальные кадастры выбросов поможет более точно оценивать вклад строительной отрасли в углеродный цикл.
Цемент в эпоху декарбонизации
Работа исследователей MIT предлагает более реалистичную картину экологического следа цемента, основанную на анализе «снизу вверх». В условиях перехода к низкоуглеродной экономике важно учитывать не только будущие инновации, но и то, что уже происходит в существующих зданиях и инфраструктуре.
Разработанный подход может быть применён и к другим странам, сочетая данные о строительном фонде с национальной статистикой производства цемента. Это открывает возможности для проектирования более устойчивых и эффективных сооружений без отказа от одного из ключевых материалов современной цивилизации.
По материалам: Массачусетский технологический институт.
