建筑物及其建筑材料的生产会排放大量二氧化碳 (CO 2 )，这是一种强效温室气体，会导致全球变暖和气候变化。但将 CO 2储存在建筑材料中可以帮助它们变得更加环保。科学家报告说，他们设计了一种复合地板材料，其储存的 CO 2多于制造所需的 CO 2 ，​​提供了符合建筑规范的“负碳”选项，并且比标准复合地板便宜。

研究人员将于今天在化学会 (ACS) 春季会议上展示他们的研究结果。 ACS 2024 年春季会议是一场混合会议，将于 3 月 17 日至 21 日举行;它包含近 12,000 个有关一系列科学主题的演示。

该项目的主要研究人员之一、有机化学家戴维·赫尔德布兰特 (David Heldebrant) 表示，除了几种类型的水泥外，负碳复合材料很少见。他的团队开发的复合地板“是首批在其生命周期内明显具有 CO 2负值的复合材料之一，”他说。

根据世界绿色建筑委员会的数据，建造建筑物的材料和工艺占所有与能源相关的碳排放量的 11%。人们在开发可以抵消这些排放的建筑用品方面做出了巨大努力，例如使用回收产品或植物衍生产品。然而，在许多情况下，这些可持续替代品比传统材料更昂贵，或者无法匹配其性能，例如强度或耐用性。

一种建筑材料——地板——是一个价值数十亿美元的产业。由木塑复合材料制成的装饰板是木板的流​​行替代品，因为它们不易受到紫外线辐射的损坏，并且使用寿命更长。复合地板通常由木片或锯末和塑料(例如高密度聚乙烯 (HDPE))的混合物制成。为了使这些复合材料更具可持续性，一种替代方法是使用废弃产品或否则会被燃烧的填料。

Heldebrant 的同事 Keerti Kappagantula 正在采取这种方法：使用低品质褐煤和木质素(一种造纸过程中剩余的木材衍生产品)作为装饰复合材料的填料。为了使煤粉和木质素颗粒与塑料混合并粘附在塑料上，研究小组需要在颗粒表面添加酯官能团。 Heldebrant 在太平洋西北国家实验室 (PNNL) 工作并开发专门的液体来捕获 CO 2，​​他在与 Kappagantula 喝咖啡聊天时发现了这项工作。

另一位项目研究员 Satish Nune 和 Heldebrant 听到这个消息后都很兴奋。 “酯本质上是羧酸，是 CO 2的捕获形式，”Heldebrant 解释道。因此，该团队想做同样的事情，将CO 2放置到复合材料中的颗粒表面，使材料更加环保，同时提高复合材料的机械性能。

为了测试这种方法的可行性，研究小组采用了一种经典的化学反应，在CO 2和一种称为苯酚的官能团之间形成新的化学键，苯酚在煤和木质素等木制品中含量丰富。经过反应后，木质素和煤颗粒含有按重量计2-5%的CO 2 。

然后，该团队将不同比例的这些颗粒与 HDPE 混合，形成棕黑色复合材料，并测试了所得性能。含有 80% 填料的复合材料最大限度地提高了 CO 2含量，同时展现出符合国际装饰材料建筑规范的强度和耐用性。它是使用 PNNL 的剪切辅助加工和挤压 (ShAPE TM ) 机器通过摩擦挤压制造的。研究人员使用这种材料形成 10 英尺长的复合材料，其外观和触感与地板或草坪家具中使用的任何标准木质复合材料相似。

除了良好的物理性能外，新型复合板还具有巨大的价格和可持续性优势。它们比标准装饰复合板便宜 18%。 Heldebrant 说，它们储存的 CO 2比其制造和使用寿命期间释放的还要多。他说，如果每年销售的 35.5 亿英尺地板被研究人员的 CO 2负复合地板取代，每年可以封存 25 万吨 CO 2，​​相当于 54,000 辆汽车每年的排放量。

接下来，研究人员计划制造更多的复合材料配方并测试其性能。他们设想可以为一系列建筑材料开发负碳复合材料，例如栅栏和壁板。与此同时，该团队正在努力将其露台地板商业化。这种新型负碳地板最快将于明年夏天在建筑供应零售商处上市。