Бетон из человеческих фекалий

Учёные нашли ещё один источник сырья — и, пожалуй, самый неожиданный: биоуголь из канализационного осадка.

Группа исследователей из Университета Манипал под руководством инженера-строителя Рагувеша Тивари показала, что биоуголь, полученный из осадка канализационных стоков, можно использовать как частичную замену цемента — и это не просто экологический трюк, а материал, делающий бетон прочнее. Через 91 день твердения прочность на изгиб выросла до 42% по сравнению с контрольным образцом. Результаты приняты к публикации в журнале Scientific Reports (09.2026).

Биоуголь — богатый углеродом материал, получаемый пиролизом органики в среде с низким содержанием кислорода — давно рассматривается как один из перспективных кандидатов. Ранее эффективность биоугля из опилок, рисовой шелухи и древесины была подтверждена. Индийская группа пошла дальше: взяла сырьё, которого в избытке и которое к тому же требует утилизации — осадок фекальных стоков с очистных сооружений.

Как делали

Исследователи получили осадок сточных вод с фекальной станции очистки в Варангале (штат Телангана). Процесс изготовления был следующим:

1. Осадок высушили.
2. Нагрели до 350–450 °C в среде с низким содержанием кислорода — так называемый пиролиз, при котором органика разлагается, не сгорая, и образуется биоуголь.
3. Полученный биоуголь измельчили до тонкого порошка и просеяли.
4. Порошок вводили в бетонную смесь, замещая 5%, 10% и 15% массы цемента.

Образцы затем тестировали на прочность при сжатии и изгибе, водопоглощение, пористость и усадку при высыхании через 28, 56 и 91 день твердения.

Что получилось

Результаты оказались неожиданно сильными, особенно при умеренных дозировках:

При 5%-й замене бетон также показал меньшее водопоглощение, сниженную пористость и меньшую усадку при высыхании по сравнению с обычным составом. При 10% характеристики оставались в целом сопоставимы с контрольным образцом, а прочностные показатели были максимальными. При 15%-й замене эффективность падала: микроскопический анализ выявил больше пор, трещин и участков со слабым сцеплением.

Почему это работает

Учёные связывают эффект с тремя механизмами:

• Внутреннее водоудержание. Пористая структура биоугля работает как микрорезервуар: удерживает воду и постепенно высвобождает её в процессе твердения, поддерживая гидратацию цемента. Это похоже на механизм, описанный в исследованиях римского бетона, который также продолжал набирать прочность десятилетиями.
• Пуццолановая активность. Биоуголь богат кремнезёмом (SiO₂), который вступает в реакцию с гидроксидом кальция — побочным продуктом гидратации цемента — и образует дополнительные силикаты кальция, отвечающие за прочность.
• Микронаполнение. Мелкие частицы порошка заполняют пустоты в структуре бетона, уплотняя матрицу и улучшая сцепление между компонентами.

Ограничения и риски

До реального строительства ещё далеко. Сами исследователи обозначают несколько барьеров:

• Морозостойкость. Не изучено, как ведёт себя такой бетон в циклах замораживания-оттаивания — критический параметр для многих климатических зон.
• Солевая и температурная устойчивость. Требуются испытания на воздействие солей (важно для прибрежных и северных регионов) и экстремальных температур.
• Тяжёлые металлы. Осадок сточных вод может содержать тяжёлые металлы. Хотя исследование зафиксировало снижение концентрации вымываемых тяжёлых металлов в образцах с биоуглем (вероятно, за счёт связывания в матрице бетона), этот вопрос требует более глубокой проработки, особенно с точки зрения долгосрочной экологической безопасности.
• Масштабирование. Лабораторные образцы и промышленные партии — разные вещи. Нужны испытания в полевых условиях.

Почему это важно

Индия сталкивается с двумя масштабными проблемами одновременно: быстрый рост строительства (и, следовательно, потребности в цементе) и огромные объёмы канализационных отходов, требующих утилизации. Фекальные станции очистки уже созданы в ряде индийских городов, но осадок в основном накапливается или идёт на удобрения, что не всегда безопасно.

Технология, если она дойдёт до внедрения, закрывает сразу два фронта: снижает потребность в цементе (и выбросы CO₂) и даёт ценный выход канализационным отходам. Для развивающихся стран с тропическим и субтропическим климатом, где проблема морозостойкости менее актуальна, это может оказаться особенно перспективным.

Контекст

Биоуголь-модифицированный бетон — активно развивающееся направление. Обзорная работа 2024 года, охватившая десятки исследований, подтверждает, что добавка биоугля в целом улучшает прочность на сжатие и изгиб, снижает проницаемость и повышает жаростойкость бетона. При этом эффект сильно зависит от дозировки, источника биоугля и способа смешивания. Превышение оптимальной дозы ведёт к обратному эффекту — росту пористости и падению прочности.

Индийское исследование добавляет к этому ещё один источник сырья — и, пожалуй, самый неожиданный.

Источник: R. Tiwari et al. «Mechanical, durability, and microstructural performance of biochar-modified concrete using faecal sludge–derived biochar», Scientific Reports, 2026.