Hindistan'daki Manipal University Jaipur'dan inşaat mühendisi Raghuvesh Tiwari liderliğindeki araştırma ekibi, dışkı çamuru arıtma tesislerinde işlenen insan atıklarından üretilen biyokömürün çimentonun bir bölümünün yerine kullanılmasının beton üzerindeki etkilerini araştırdı.
Scientific Reports dergisinde yayımlanmak üzere kabul edilen çalışmanın sonuçları dikkat çekti. Araştırmacılar, belirli oranlarda kullanılan biyokömürün betonun bazı dayanım özelliklerinde önemli artışlar sağlayabildiğini belirledi.
Araştırmada insan dışkısı doğrudan betona karıştırılmadı. Ekip, Hindistan'ın Warangal kentindeki bir dışkı çamuru arıtma tesisinden biyokömür temin etti. Dışkı çamuru önce kurutuldu, ardından oksijenin sınırlı olduğu bir ortamda 350-450 derece sıcaklıkta ısıtılarak biyokömüre dönüştürüldü.
Elde edilen malzeme daha sonra öğütülüp elenerek ince bir toz haline getirildi. Araştırmacılar bu tozu geleneksel betondaki çimentonun sırasıyla yüzde 5, 10 ve 15'inin yerine kullandı.
Hazırlanan beton örnekleri daha sonra basınç dayanımı, eğilme dayanımı, su emme, gözeneklilik ve kuruma büzülmesi gibi farklı özellikler açısından test edildi.
Sonuçlara göre genel olarak en güçlü performanslardan biri, çimentonun yüzde 5'inin biyokömürle değiştirildiği karışımda elde edildi. Üstelik betonun kürlenme süresi uzadıkça dayanımının da artmaya devam ettiği görüldü.
91 günün sonunda, yüzde 5 biyokömür kullanılan karışımda ortalama basınç dayanımında yüzde 20, eğilme dayanımında ise yüzde 36 artış kaydedildi. Çimentonun yüzde 10'unun biyokömürle değiştirildiği karışımda ise basınç dayanımındaki artış yüzde 21, eğilme dayanımındaki artış ise yüzde 42'ye ulaştı.
Dolayısıyla “beton yüzde 42 daha güçlü oldu” ifadesini kullanırken küçük bir ayrıntıya dikkat etmek gerekiyor: Yüzde 42'lik sonuç betonun tüm dayanıklılık özelliklerinde değil, eğilme dayanımında ölçüldü.
Biyokömür ilavesinin diğer beton özelliklerini ciddi şekilde olumsuz etkilemediği de görüldü. Yüzde 5 oranındaki karışım genel olarak geleneksel betondan daha az su emdi, daha düşük gözeneklilik gösterdi ve kuruma sırasında daha az büzüldü.
Yüzde 10'luk karışımın performansı ise bu özelliklerde büyük ölçüde normal betonla karşılaştırılabilir düzeyde kaldı. Ancak oran artırıldığında aynı olumlu tablo devam etmedi.
Çimentonun yüzde 15'inin biyokömürle değiştirildiği beton kürlendikçe güçlenmeye devam etse de toplam dayanımı yüzde 5 ve yüzde 10'luk karışımların gerisinde kaldı.
Araştırmacılara göre bunun arkasında birkaç farklı mekanizma bulunabilir. Biyokömür oldukça gözenekli bir yapıya sahip. İçerisindeki küçük boşluklar suyu tutabiliyor ve beton sertleşirken bu suyu yavaş yavaş serbest bırakabiliyor.
Böylece biyokömür parçacıkları adeta küçük su rezervuarları gibi çalışarak çimentonun sertleşmesini sağlayan kimyasal reaksiyonların devam etmesine yardımcı olabiliyor.
Bunun yanı sıra biyokömürün silika bakımından zengin olduğu ve çimentonun sertleşmesi sırasında ortaya çıkan bazı bileşiklerle reaksiyona girerek betonun dayanımında rol oynayan kalsiyum silikatların oluşumuna katkıda bulunabileceği düşünülüyor.
İnce biyokömür parçacıklarının beton içerisindeki boşlukları doldurarak bileşenlerin daha sıkı bir yapı oluşturmasına yardımcı olması da diğer olası nedenlerden biri.
Mikroskobik incelemelerde de yüzde 5 biyokömür içeren betonun geleneksel betona kıyasla daha yoğun ve sıkı bağlanmış bir yapıya sahip olduğu görüldü. Yüzde 15'e çıkıldığında ise daha fazla gözenek, çatlak ve zayıf bağlanmış bölgeler ortaya çıktı.
Sonuçlar dikkat çekici olsa da araştırmacılar bu betonun yakın zamanda yapılarda kullanılmaya başlanacağı anlamına gelmediğini vurguluyor. Malzemenin donma-çözülme döngüleri, tuzluluk ve aşırı sıcaklıklar gibi gerçek yaşam koşullarındaki performansının ayrıca araştırılması gerekiyor.
Bir başka soru işareti ise kanalizasyon çamurlarında bulunabilen ağır metaller. Bu maddelerin beton içerisinde ne kadar güvenli şekilde tutulacağı ve zaman içerisinde çevreye sızıp sızmayacağı henüz bilinmiyor. Çalışmada yöntemin karbon salımını gerçekte ne ölçüde azaltabileceği de değerlendirilmedi.
Buna rağmen araştırma, çimentonun bir bölümünün sürekli oluşan bir atık kaynağından elde edilen malzemeyle değiştirilmesinin gelecekte hem atık yönetimine hem de çimento kullanımının azaltılmasına katkı sağlayabilecek bir yöntem olabileceğine işaret ediyor.