Наука: обнаружено неожиданное применение вулканического пепла

Исследования, проведенные на Филиппинах учеными из Национального университета и Университета Атенео де Манила, показали, что вулканический пепел может быть использован для изготовления нового вида строительного материала (геополимерного раствора), способного служить теплоизолятором и радиационной защитой в больницах, на ядерных и промышленных объектах. Новизна заключается в том, что разработанный материал, полученный из остатков вулкана Тааль, обладает превосходной способностью ослаблять рентгеновское и гамма-излучение, представляя собой экономичный и экологичный вариант по сравнению с традиционными свинцовыми или бетонными блоками. «В диалоге с LA NACIÓN местные специалисты по геологии и вулканологии объяснили, как работает эта технология, какой потенциал она имеет в регионе и какие ограничения по ее промышленному применению все еще существуют в Аргентине». «Это новый вопрос. Ключ - в электронной упаковке, то есть в том, как электроны расположены внутри минерала, и, прежде всего, в количестве электронов. Именно поэтому свинец высокой плотности так эффективно останавливает излучение. Таким образом, пепел последних извержений вулкана Пинатубо, богатый минералами железа - оксидами, такими как гематит и магнетит, - удовлетворяет этому условию», - пояснил этой газете геолог-вулканолог Иван Алехандро Петринович. »Филиппинская команда проанализировала основные свойства нового материала, созданного на основе вулканического пепла, который называется геополимерным раствором. Это смесь, похожая на цемент, но изготовленная с использованием других химических соединений и не требующая высоких температур для своего производства. В данном случае в качестве сырья использовался пепел. Исследователи оценили, насколько прочен этот раствор, какова его внутренняя структура и, прежде всего, может ли он служить барьером против различных видов излучения, таких как рентгеновские или гамма-лучи, которые используются в больницах и на ядерных объектах. С помощью специализированного программного обеспечения они обнаружили, что этот новый материал обладает высокой способностью замедлять прохождение излучения. Эта способность измеряется различными техническими величинами, такими как «затухание» (насколько уменьшается излучение при прохождении через материал), «электронная плотность» (количество электронов, доступных для поглощения энергии) и «эффективный атомный номер» (показатель, связанный с наличием химических элементов). Одним из важнейших результатов стало то, что для остановки излучения этот раствор требует меньшей толщины, чем вулканический пепел. Например, для уменьшения рентгеновского луча вдвое требовалось 23,48 сантиметра пепла, в то время как в растворе тот же эффект достигался лишь с 15,82 сантиметра. Это объясняется тем, что конечная смесь была более плотной и содержала большее количество минералов, таких как железо и кальций, которые помогают эффективнее останавливать излучение». »Чем мельче пепел, тем эффективнее он останавливает излучение. Пепел, выпадающий во время извержения, будет крупным вблизи вулкана - менее 10 километров - и очень мелким на расстоянии более 100 километров», - добавил Петринович, отметив, что добавление полимеров в смесь еще больше улучшает затухающие свойства материала. »Что касается возможности применения этой технологии в Аргентине, то, по словам специалиста, там есть вулканические районы с полезными отложениями пепла, которые необходимо проанализировать. «Вулканические районы, где сосредоточено большинство вулканов в Андах, то есть северо-запад и Патагония. Однако извержения, произошедшие на территории Аргентины - такие как Кордова и Сан-Луис - миллионы лет назад, до сих пор имеют толстые слои пепла, которые еще предстоит проанализировать», - сказал он. »Исследование на Филиппинах - это не просто лабораторные изыскания: то, что они обнаружили, может найти конкретное применение в реальной жизни. Например, этот новый материал можно использовать для надежного укрытия радиоактивных отходов, возведения защитных стен в больницах или укрепления конструкций в таких местах, как лаборатории или электростанции. Кроме того, этот раствор более экологичен, чем традиционный цемент (известный как портландцемент), поскольку для его производства не нужны большие печи и высокие температуры, что помогает снизить воздействие на окружающую среду и потребление энергии». Вулканолог Густаво Вильяроса, с которым также консультировалась эта газета, объяснил, что, хотя вулканический пепел уже использовался в Аргентине в некоторых конструкциях, существует много трудностей, когда речь идет о крупномасштабном промышленном использовании. «После последних извержений в Патагонии многие люди задавались вопросом, можно ли использовать пепел для чего-то полезного. Ведь поначалу он воспринимается как отходы, то, что беспокоит и требует очистки. Но проблема возникает, когда приходится собирать большие объемы: слой в три-пять сантиметров, покрывающий деревню, - это не так много, как кажется, его очень трудно собирать, он смешивается с мусором и почвой, а потом его нужно транспортировать. Вильяроса добавил, что идея «добычи золы» для промышленного использования сопряжена с рядом препятствий. Одно из них - географическая разбросанность материала, поскольку он обычно распределяется тонкими слоями на больших площадях. Кроме того, количество доступного материала на квадратный километр невелико, а его сбор сложен. «Пепел, выпадающий на местность, обычно образует слой всего в несколько сантиметров. Это количество, распределенное по большой площади, трудно собрать, и в процессе оно часто загрязняется мусором или почвой. К этому добавляется проблема транспортировки: после сбора материал необходимо перевезти в место, где его можно переработать, что влечет за собой большие логистические расходы», - пояснил он. Он также предупредил, что во многих случаях районы, где скапливается наибольшее количество вулканического пепла, находятся в заповедных зонах, таких как национальные или провинциальные парки в горном массиве. Это накладывает серьезные экологические ограничения на любые попытки добычи. «Места, расположенные ближе всего к вулканам, где наблюдается наибольшая концентрация пепла, часто совпадают с чувствительными природными средами, такими как местные леса или заповедники. Например, в Национальном парке Науэль-Уапи нецелесообразно пытаться удалить несколько метров почвы, так как это нанесет серьезный ущерб окружающей среде. В Аргентине использование вулканического пепла не является чем-то новым, хотя и ограничивается более примитивными функциями. «Наибольшее применение он нашел в качестве полирующего средства, как, например, легендарный бренд PulOil, который был выпущен на рынок после пеплового дождя в Кизапу в 1932 году. Смесь пепла с аммиаком и моющим средством оказалась эффективным чистящим средством. Еще одно очень распространенное применение - строительные блоки: из них строили школы, больницы и общественные сооружения во многих провинциях Аргентины. В последнее время они используются для мощения и декоративной облицовки, так называемый «патагонский порфир», который представляет собой не что иное, как консолидированный пепел», - говорит Петринович. По мнению Петриновича, путь вперед в Аргентине лежит через взаимодействие науки, технологий и частного сектора. «Ресурсы в стране существуют. Следующий шаг - оценить его с технологической точки зрения, чтобы убедиться, что он соответствует условиям и является экономически выгодным для транспортировки и сбыта. Идеальное сочетание - это такие организации, как Conicet в сочетании с INTI (Национальным институтом промышленных технологий) и частной инициативой, заинтересованной в сбыте конечного продукта. У Аргентины есть ноу-хау и возможности», - сказал он.