据 ScienceAlert 等海外科技媒体 9 月 28 日报道，印美联合团队在《科学报告》发布研究：在水泥中掺入 “人粪” 制成的混凝土，比普通混凝土强度更高，引发关注。此外，其生产过程还能减少二氧化碳等温室气体排放，因而更具环保优势。
材料学界对屎这个东西，多少是有点执念的。
2018年就有研究人员把牛粪烧成灰，拿来替代一部分水泥。[1]到了2023年，又有团队从牛粪里提取没有被消化掉的植物纤维，处理以后掺进砂浆，结果发现还能改善材料性能。[2]
所以材料学研究有时候就是这么朴实，只要一种废物里还有能用的纤维、矿物质或者碳，研究人员是真的敢往水泥里掺。
然后现在，他们终于对人粪下手了。
今年9月，印度和美国研究团队在《Scientific Reports》发表了一项研究，把人类粪便污泥制成的生物炭用来替代部分水泥。
结果还挺离谱。
在10%的替代比例下，混凝土养护91天以后，抗压强度相比普通混凝土提高了约21%，抗折强度提高了约42%。[3]
新闻里那个最吸引眼球的42%，就是这么来的。
不过研究人员当然不是把刚拉出来的人粪直接倒进混凝土搅拌机，他们用的是经过脱水、干燥，再高温缺氧热解以后得到的粪便污泥生物炭。
到这一步，它其实已经不太像我们平时理解的屎了，而是一种黑色、多孔、富含碳和无机矿物的粉末。
那问题来了：
这种东西为什么反而能让混凝土更结实？
首先是填缝。
水泥和砂石混在一起以后，内部总会留下很多微小孔隙。磨得比较细的生物炭颗粒，可以填进去一部分，让结构更加致密。
其次，生物炭本身是多孔材料，会吸进去一部分水。
等水泥开始硬化以后，这些水又可以慢慢释放出来，让周围的水泥继续进行水化反应。
这在材料学里叫内部养护。
除此之外，粪便污泥生物炭里还含有硅、铝、钙等无机成分，其中一部分活性成分还可能继续参与火山灰反应，形成新的胶凝物质。
所以简单来说，它大概干了三件事：
填孔、储水、再参与一点后续反应。
这也不是第一次发现生物炭能增强水泥材料。2024年一项汇总51篇论文、606组数据的meta分析就发现，在合适的原料、热解温度和加入比例下，生物炭确实可能提高水泥材料强度。[4]
但重点是：
不是加得越多越好。
这篇研究里，5%和10%的效果比较好，到了15%，优势就开始下降。[3]
因为生物炭本身也是多孔材料。少量的时候可以填孔、储水，加得太多，孔隙本身反而会变成缺陷，还会吸走太多水，同时减少真正承担胶凝作用的水泥。
所以最后一定存在一个比较合适的比例。
这也是为什么不同研究结果差别很大。有的生物炭能增强，有的没什么作用，还有的加多了反而会让强度下降。原料、热解温度、颗粒大小和添加比例都很重要。
当然这东西也是要因地制宜，比如对于一个粪便本来就不好处理的国家来说，这个研究还真有点用。
对，说的就是印度。
很多地方产生的粪便需要单独收集、运输和处理，本身就是一个麻烦。
那如果能把它做成生物炭，再拿去替代一部分水泥，就把原本需要花钱处理的废物，现在有机会变成一种建筑材料。
当然这东西离真正拿去盖楼还早。
现在主要证明的是材料性能不错，但实验室养护91天，和建筑物用几十年完全是两回事。
后面还得继续看长期耐久性、重金属浸出、钢筋腐蚀这些问题。
我是感觉够呛，要不这研究也不会发到Scientific Reports是不……
参考
- ^Ramachandran D, Vishwakarma V, Viswanathan K. Detailed studies of cow dung ash modified concrete exposed in fresh water. Journal of Building Engineering. 2018;20:173–178.
- ^Li K, Yang Z, Yan X, et al. Effect of Modified Cow Dung Fibers on Strength and Autogenous Shrinkage of Alkali-Activated Slag Mortar. Materials. 2023;16(20):6808.
- ^abTiwari R, Mehra P, Hussain S, et al. Mechanical, durability, and microstructural performance of biochar-modified concrete using faecal sludge-derived biochar. Scientific Reports. 2026.
- ^Zhao Z, El-Naggar A, Kau J, et al. Biochar affects compressive strength of Portland cement composites: a meta-analysis. Biochar. 2024;6:21.
热门跟贴