混凝土中使用的水泥的生產是溫室氣體排放的主要來源，這就是為什麼一些人試圖用粉煤灰來代替它。一項新的技術使粉煤灰本身更加環保，從而使混凝土更加綠色和堅固。在生產廣泛使用的波特蘭式水泥時，鈣和其他成分必須被加熱到非常高的溫度。據估計，產生這種熱量的過程要對所有人為的二氧化碳排放的5%至8%負責。

考慮到這個問題，科學家們已經嘗試用粉煤灰代替混凝土混合物中的一些水泥（其他成分是沙子和/或礫石以及水）。

粉煤灰是煤炭燃燒後留下的廢物，雖然它的質量與水泥相似，但它也含有有毒的重金屬。如果將含有這種灰的混凝土用於道路或人行道，這些重金屬可能會逐漸滲出並進入周圍環境。

為了解決這一缺陷，德克薩斯州萊斯大學的科學家們開發了一種工藝，首先將粉煤灰與導電的碳黑粉末混合。

利用一種被稱為閃電焦耳加熱的技術，然後將該混合物放在兩個銅或石墨電極（與一個電容器相連）之間，向該材料提供一個短的電脈衝。該電流的應用使該混合物迅速加熱到大約3000 ºC（5432 ºF）的溫度，導致重金屬蒸發成蒸汽，並在一個真空室中被捕獲並回收。

“通過使用這種方法，我們可以以非常高的效率消除粉煤灰中的重金屬，”該研究的共同第一作者、博士後研究助理鄧冰說。”對於不同的重金屬，如砷、鎘、鈷、鎳和鉛，去除效率在短短一秒鐘內就能達到70%至90%。”

研究主要作者孟偉（左）和鄧冰，與使用淨化粉煤灰製作的混凝土樣品Gustavo Raskosky/Rice大學

作為一個額外的好處，用淨化後的粉煤灰製作的混凝土也比用純水泥製作的混凝土更堅固。更具體地說，當科學家們用粉煤灰取代混凝土混合物中30%的水泥時，發現所得的混凝土比對照樣品強51%，彈性高28%。

“這對結構工程和建築業非常有意義，因為可以用更少的水泥建造更強大的結構，”另一位共同第一作者、博士後研究助理孟偉說。

關於這項研究的論文最近發表在《通信工程》雜誌上。