水泥是现代文明的基本建筑材料之一，在自然界面临的最大威胁中也起着重要作用。水泥的生产几乎占全球二氧化碳排放量的5%。科学家们正在寻找减少二氧化碳排放的方法。麻省理工学院的一组研究人员最近发现，如果将火山灰添加到水泥混合物中，它会使结构更坚固，也会更环保。
在过去，麻省理工学院曾致力于对塑料瓶进行辐照和调整钙水平以提高水泥产量。这一次，他们使用火山灰作为水泥配方的原料，它有很多优点和缺点。在任何活火山或不活火山周围都能发现大量的火山灰。它没有在任何地方使用。但当它被分解成粉末，与水和少量其他材料混合时，就会形成一种类似水泥的膏体。麻省理工学院土木与环境工程系的Stephanie Chin说:“水泥生产需要大量能源，因为需要高温，而且是一个多阶段的过程。这就是寻找替代方案的主要动机。火山灰是在高温高压下形成的，大自然会为我们进行所有这些化学反应。”
在探索这种新成分的潜力时，Chin和另一位研究合著者Kunal Kupwade-Patil领导的团队从与水泥生产相关的各种工业过程的隐含能量的现有数据开始。这表示用于碾碎岩石、养护水泥或生产混凝土的总能量。利用给定的数据，研究小组计算了含有不同比例火山灰的水泥配方的总蕴含能量。比例范围为10% ~ 50%。之后，该团队在实验室中制作了一些样本。
研究人员还发现，当他们将50%的传统水泥与火山灰(颗粒大小为17微米的粉末)混合时，形成的混凝土的隐含能量减少到16%。然而，材料的整体强度增强了。当粉煤灰的颗粒尺寸减小到6微米时，它也大大提高了强度，为水和水泥的混合物创造了更多的表面积。他们现在正寻求将知识应用到现实世界中。他们考虑了科威特的一个居民区，其中有13座住宅和14座商业建筑，这些建筑都是由普通波特兰水泥建造的。他们使用无人机在大楼上空捕捉图像并进行测量。然后将获得的数据与从地方当局获得的数据结合起来。
基于他们早期的工作，科学家们计算了在不同比例的火山灰所形成的结构中，所蕴含的能量是如何改变的。众所周知，这种火山灰在中东非常丰富。科学家们确定的最佳数量是30%。他们说，这将大大减少嵌入的能量，但仍将提供所需的强度。麻省理工学院土木工程系教授Oral Buyukozturk说:“我们发现，混凝土可以用具有所需性能的天然添加剂制造，并减少隐含能量，当你在创建社区或城市时，这可以转化为显著的能源节约。”
采用这种方法的最佳之处在于它是灵活的。配方可以根据任务进行调整，火山灰的数量也可以相应地改变。Buyukozturk解释说,“你可以自定义。例如，如果它是一个交通街区，你可能不需要那么大的力量，例如，一个高层建筑。所以你可以用更少的能量生产这些东西。如果你考虑到全世界使用的混凝土量，这是巨大的。”
