新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的科学家们发现了一种利用废料生产生物水泥的方法，使这种替代传统水泥的方法更加绿色和可持续。生物水泥是一种可再生的水泥，它利用细菌产生硬化反应，将土壤结合成固体块。科学家们现在已经用两种常见的废料制造出了生物水泥：工业碳化物污泥和尿素（来自哺乳动物的尿液）。
他们设计了一种方法，通过尿素与工业碳化污泥中的钙离子的相互作用，形成一种坚硬的固体，或沉淀物。当这种反应在土壤中发生时，沉淀物将土壤颗粒结合在一起，并填补它们之间的空隙，从而形成一个紧凑的土壤团。这就产生了一种生物水泥块，它坚固、耐用，而且渗透性较低。
由该校土木与环境工程学院院长褚健教授领导的研究小组在2022年2月22日发表在《环境化学工程》杂志上的概念验证研究论文中表明，他们发明的生物水泥有可能成为一种可持续的、具有成本效益的土壤改良方法，如加固地面用于建筑或挖掘，控制海滩侵蚀，减少沙漠中的灰尘或风蚀，或在海滩或沙漠中建造淡水库。它还可以作为生物灌浆封住岩石的裂缝以控制渗漏，甚至可以修饰和修复岩雕和雕像等纪念物。
"生物水泥是一种可持续和可再生的传统水泥替代品，在需要处理地面的建筑项目中具有巨大的潜力，"褚教授说，他也是南洋理工大学城市解决方案中心的主任。"我们的研究通过使用两种类型的废料作为原料，使生物水泥更加具有可持续性。从长远来看，它不仅能使生物水泥的制造成本降低，还能减少废物处理所涉及的成本。"
南大科学家的研究支持南大2025战略计划，该计划旨在解决人类的一些重大挑战，包括通过推进可持续发展的研究和开发，减轻人类对环境的影响。
尿液、细菌和钙。生物水泥的简单配方
与传统的水泥生产方式相比，生物水泥的制造过程需要的能源更少，产生的碳排放也更少。
南洋理工大学团队的生物水泥是由两种类型的废料制成的：工业碳化污泥--来自新加坡工厂生产乙炔气体的废料--和尿液中的尿素。
首先，该团队用一种酸处理电石渣，以产生可溶性钙。然后，尿素被添加到可溶性钙中，形成一种胶结溶液。然后，该团队将一种细菌培养物添加到该固结溶液中。培养物中的细菌会分解溶液中的尿素，形成碳酸盐离子。
这些离子在一个称为微生物诱导方解石沉淀（MICP）的过程中与可溶性钙离子反应。这种反应形成了碳酸钙--一种坚硬的固体材料，在白垩、石灰石和大理石中自然存在。
使用生物水泥的修复工作是在中国重庆大学由杨阳博士完成的。生物水泥溶液是无色的，使修复工作能够保持雕刻的原始颜色。
当这种反应在土壤或沙子中发生时，产生的碳酸钙将土壤或沙子颗粒粘合在一起，以增加它们的强度，并填充它们之间的孔隙，以减少水通过材料的渗漏。同样的过程也可以用在岩石缝隙上，这样就可以修复岩石雕刻和雕像。
用生物水泥加固的土壤具有高达1.7兆帕（MPa）的无约束压缩强度，这比使用等量水泥处理的相同土壤的强度更高。
这使得该团队的生物水泥适合用于土壤改良项目，如加强地面或减少水的渗入，用于建筑或挖掘或控制海岸线的海滩侵蚀。
论文第一作者杨阳博士，曾是南大博士生和城市解决方案中心的研究助理，目前是重庆大学的博士后研究员。
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