Klinkerfragment met typisch kristaldefect, een zogeheten schroefdislocatie.

Klinkers moet je vermalen tot cement wanneer ze nog heet zijn. Als het afkoelt wordt de kristalstructuur namelijk minder bros en kost het maalproces veel meer energie, concluderen onderzoekers van Rice University (VS) op basis van computerberekeningen.

En als je weet dat de cementproductie verantwoordelijk wordt gehouden voor 5 tot 10 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot, en dat 10 tot 12 procent van het energieverbruik van die cementproductie op gaat aan het maalproces, is deze conclusie verre van triviaal.

Die klinkers (clinkers, in het Engels) zijn grote klompen dicalciumsilicaat (Ca2SiO3) die ontstaan wanneer je een aantal grondstoffen bij hoge temperatuur door elkaar roert in een cementoven. Maal je ze vervolgens fijn dat krijg je zogeheten portlandcement, een poeder dat na toevoeging van water uithardt tot een vaste massa. Deze ‘lijm’ houdt de meeste soorten beton bij elkaar.

Fijnmalen bij hoge temperatuur is technisch ingewikkeld en dus maakt de cementindustrie er traditioneel niet zo’n haast mee. Maar in Applied Materials and Interfaces tonen Lu Chen, Rouzbeh Shahsavari en collega’s nu aan dat je het eigenlijk beter zou kunnen doen op het moment dat het halffabrikaat uit de cementoven komt.

Ze ontdekten namelijk dat dicalciumsilicaat minstens vijf verschillende kristalstructuren kent, deels monoklien en deels orthorombisch, en dat die tijdens het afkoelen allemaal langskomen. Van die vijf structuren vertoont de eerste, die ontstaat in de cementoven, de meeste inwendige spanningen. Die is dus ook het gemakkelijkst te vermalen.

Deze uitgangsstructuur is trouwens ook de meest reactieve van de vijf, wat weer gevolgen heeft voor het aantal defecten in het kristal en, uiteindelijk, het enthousiasme waarmee je beton uithardt.

De onderzoekers denken dat je op basis van die kennis dus niet alleen energiezuiniger, maar ook kwalitatief beter cement moet kunnen maken.

bron: Rice University