PFI-TT: Commercialization of Low-Carbon Concrete Blocks at Scale

PFI-TT:低碳混凝土砌块的大规模商业化

基本信息

  • 批准号:
    2234543
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-03-15 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Partnerships for Innovation - Technology Translation (PFI-TT) project is to develop a novel cement material that has higher performance and lower environmental impact than conventional materials made from ordinary Portland cement. Cement manufacturing produces 8% of total global carbon dioxide (CO2) emissions. Hence, there is a need to find alternative chemistries for this vital building material to reduce gas emissions. This project has three goals, the first one involves determining how to produce these novel formulations in large scale and in a factory instead of on laboratory benches. The second goal relates to the understanding of how feedstock availability and manufacturing capacity can meet market demands for commercialization. Finally, the third goal will allow the understanding of the safety of the new materials. These research, scalability and implementation questions will be answered in collaboration with an industrial partner, which is one of the leading makers of concrete block in the United States. In addition to the technical and commercialization benefits, this project will also train students to become leaders and entrepreneurs.The proposed project seeks to develop a minimum viable product consisting of a low-carbon high-performance concrete block. The materials will resemble ancient Roman cements in chemical composition but with a much higher carbon uptake potential. Collaborative research with a corporate partner will enable the refinement of material formulations and curing processes for manufacturability. Specifically, this project will examine the use of blended cements to improve CO2 permeability, use of sodium bicarbonate salts to cure from within, and harness the role of trace metals additives in the slag to enhance the strength of the material. A quantitative sustainable design model will be developed and used to identify important parameters for the selection of the materials to reduce carbon emissions. The ultimate goal of the project is to make a concrete block prototype with a compressive strength of 15 MPa and a carbon uptake (net negative) potential of 1 kg CO2 per cement block for under $5. The current conventional concrete block has a compressive strength of 12 MPa and carbon emissions (net positive) of 5 kg CO2 per cement block for around $2. It is expected, upon successful completion of the project, that the new material will have a superior performance compared to the currently available materials that will offset the lower cost of the current material.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
与普通波特兰水泥制成的传统材料相比,这种伙伴关系对创新 - 技术翻译(PFI -TT)项目的更广泛的影响/商业潜力是开发具有更高性能和更低环境影响的新型水泥材料。水泥制造产生了全球总二氧化碳(CO2)排放量的8%。因此,有必要为这种重要的建筑材料找到替代化学物质,以减少气体排放。该项目有三个目标,第一个目标涉及确定如何大规模和工厂而不是在实验室长凳上生产这些新颖的配方。第二个目标涉及对原料可用性和制造能力如何满足市场商业化需求的理解。最后,第三个目标将允许理解新材料的安全性。这些研究,可伸缩性和实施问题将与工业合作伙伴合作回答,工业合作伙伴是美国混凝土块的主要制造商之一。除了技术和商业化的利益外,该项目还将培训学生成为领导者和企业家。拟议的项目旨在开发由低碳高性能混凝土块组成的最低可行产品。这些材料将类似于化学成分的古罗马水泥,但具有更高的碳吸收潜力。与公司合作伙伴的合作研究将使材料配方和固化过程的改进,以制造生产性。具体而言,该项目将检查混合水泥以改善二氧化碳渗透性,使用碳酸氢钠盐从内部固化,并利用痕量金属添加剂在炉渣中的作用以增强材料的强度。将开发一个定量的可持续设计模型,并用于识别选择材料以减少碳排放的重要参数。该项目的最终目标是制造一个混凝土块原型,其抗压强度为15 MPa,碳摄取量(净负)潜力为每种水泥块1 kg二氧化碳,售价低于5美元。当前的常规混凝土块的抗压强度为12 MPa,碳排放量(净正)为每种水泥块5 kg二氧化碳,售价约为2美元。预计该项目成功完成后,与当前可用的材料相比,新材料将具有较高的性能,这些材料将抵消当前材料的较低成本。该奖项反映了NSF的法定任务,并且被认为值得支持通过使用基金会的智力优点和更广泛影响的评论标准进行评估。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Coprecipitation of Crystalline Calcium Silicates and Carbonates from the Hydrothermal Reaction of Pseudowollastonite
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.3c05110
  • 发表时间:
    2024-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Coleman Tolliver;Suzanne Nguyen;Kimmie Mae Dela Cerna;Rachel McNamara;E. Opila;A. Clarens
  • 通讯作者:
    Coleman Tolliver;Suzanne Nguyen;Kimmie Mae Dela Cerna;Rachel McNamara;E. Opila;A. Clarens
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    T. Chan
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Devin Harris
  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    Vania Sakelaris;E. Sullivan;Devin Harris
  • 通讯作者:
    Devin Harris

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