WO2011048335A1 - Composition permettant de capter le co2 - Google Patents

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WO2011048335A1
WO2011048335A1 PCT/FR2010/052240 FR2010052240W WO2011048335A1 WO 2011048335 A1 WO2011048335 A1 WO 2011048335A1 FR 2010052240 W FR2010052240 W FR 2010052240W WO 2011048335 A1 WO2011048335 A1 WO 2011048335A1
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WO
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enzymes
cement
hydraulic
hydraulic binder
hydraulic composition
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Application number
PCT/FR2010/052240
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Gunther Walenta
Vincent Morin
Alain Pierre
Lorraine Christ
Original Assignee
Lafarge
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Publication date
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B24/14—Peptides; Proteins; Derivatives thereof
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y02P40/18—Carbon capture and storage [CCS]

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic binder for capturing C0 2 through enzymes catalyzing the capture and carbonation of C0 2 .
  • the present invention also relates to a hydraulic composition comprising at least one hydraulic binder and said enzymes, a method of manufacturing the hydraulic composition according to the invention, an element for the field of construction made using the hydraulic binder according to the invention.
  • invention or the hydraulic composition according to the invention and the use of a hydraulic binder according to the invention or a hydraulic composition according to the invention for capturing, immobilizing and converting C0 2 present in the external environment and / or in the indoor environment.
  • the problem to be solved by the invention is to provide a new means adapted to capture C0 2 present in the external environment, but also in the indoor environment.
  • the inventors have demonstrated that it is possible to use, under specific conditions, enzymes that catalyze the capture and transformation of C0 2 into carbonates and / or bicarbonates, and to bring them into contact with a hydraulic binder to capture and transform C0 2 present in the external environment, but also in the indoor environment.
  • the enzymes according to the invention can function despite the very basic pH, generally greater than or equal to 1 1, hydraulic binders and hydraulic compositions.
  • the present invention provides a hydraulic binder comprising at least enzymes catalyzing the capture and conversion of C0 2 to carbonates and / or bicarbonates, the CKD being excluded from the hydraulic binder.
  • Another object according to the invention is a hydraulic composition comprising at least one hydraulic binder according to the invention.
  • Another object according to the invention is a method of manufacturing a hydraulic composition according to the invention comprising a step of contacting at least enzymes catalyzing the capture and conversion of C0 2 to carbonates and / or bicarbonates, a mixing water and a hydraulic binder, the CKD being excluded from the hydraulic binder.
  • Another object according to the invention is an element for the field of construction made using a hydraulic binder according to the invention or a hydraulic composition according to the invention.
  • Another object according to the invention is the use of a hydraulic binder according to the invention or a hydraulic composition according to the invention for capturing, immobilizing and converting C0 2 present in the external environment and / or in the indoor environment.
  • the invention offers decisive advantages, in particular the use of the enzymes as described hereinafter does not necessarily modify the method of manufacturing the hydraulic binder according to the invention or the hydraulic composition according to the invention compared to the methods of usual manufacturing.
  • the invention offers another advantage that the hydraulic binder according to the invention or the hydraulic composition according to the invention can be used in the same way and for the same applications as if they were not in contact with said enzymes.
  • Another advantage of the invention is a better life cycle of the material, that is to say that the carbonate formed in the hydraulic composition according to the invention can be recycled as granulate for building materials or for roads, or as raw material in cement works.
  • the invention has the advantage of being implemented in all industries, including the building industry, the chemical industry (adjuvants) and in all construction markets (building, civil engineering, roads or factory). prefabrication), in the cement industry or in concrete plants.
  • hydraulic binder any compound having the property of hydrating in the presence of water and whose hydration makes it possible to obtain a solid having mechanical characteristics, the CKDs being excluded from hydraulic binder according to the invention.
  • the hydraulic binder according to the invention may in particular be a cement, plaster or lime.
  • the hydraulic binder according to the invention is a cement.
  • CKD kiln dust kiln dust, which is generally recovered in the filters of cement kilns.
  • CKDs are generally in the form of a very alkaline fine powder.
  • hydraulic composition a mixture of at least one hydraulic binder, with water (called mixing water), optionally aggregates, optionally additives, and optionally mineral additions.
  • a hydraulic composition can for example be a high performance concrete, a very high performance concrete, a self-leveling concrete, a self-leveling concrete, a self-compacting concrete, a fiber concrete, a ready-mixed concrete or a concrete colored.
  • concrete is also meant concretes having undergone a finishing operation such as bush-hammered concrete, deactivated or washed concrete, or polished concrete. According to this definition, prestressed concrete is also meant.
  • the term “concrete” includes mortars; in this case the concrete comprises a mixture of at least one hydraulic binder, sand, water, optionally additives and optionally mineral additions.
  • the term “concrete” according to the invention denotes indistinctly fresh concrete or hardened concrete.
  • the hydraulic composition according to the invention is a cement slurry, a mortar, a concrete, a plaster paste or a lime slurry.
  • the hydraulic composition according to the invention is a cement slurry, a mortar or a concrete.
  • the hydraulic composition according to the invention can be used directly on site in the fresh state and poured into a formwork adapted to the intended application, or else in prefabrication, or as a coating on a solid support.
  • the term “setting” is meant according to the present invention the transition to the solid state of a hydraulic binder by chemical reaction of hydration. The setting is usually followed by the hardening period.
  • hardening is meant according to the present invention the acquisition of the mechanical properties of a hydraulic binder, after the end of setting.
  • enzymes which catalyze the capture and transformation of C0 2 into carbonates and / or bicarbonates are meant according to the present invention any enzyme whose enzymatic activity consists in capturing C0 2 by forming carbonates or liberating C0 2 from carbonates.
  • the enzymes are preferably selected from carbonic anhydrases or an analog thereof.
  • the carbonic anhydrases are referenced under the number EC 4.2.1.1.
  • the carbonic anhydrases may especially be those described in the publication: Carbonic anhydrases as targets for medicinal chemistry, Claudiu T. Supuran and Andréa Scizzafava, Bioorganic and Medicinal Chemistry (2007) 4336-4350.
  • the carbonic anhydrases may have different origins and may for example be extracted according to the methods described in the following publication: The Enzymes, S. Lindskog et al., 5, 594-595, Carbonic anhydrase.
  • the anhydrases can also be purchased from specialized suppliers, such as the company COGER, which provides for example carbonic anhydrases extracted from bovine erythrocytes under the reference # SER-1588202.
  • analogs is meant according to the present invention any type of enzymes having a functional site allowing them to capture C0 2 by forming carbonates or releasing C0 2 from carbonates.
  • the analogs can be natural or artificial molecules.
  • said enzymes are associated with at least one source of cations and with water of reaction for their operation.
  • cation source any chemical compound capable of providing at least one type of cation in solution or capable of reacting said cations with the environment.
  • the cations may be chosen from manganese, magnesium, iron, calcium, cadmium, zinc, cobalt, barium, cesium, strontium, aluminum ions, phases formed from one or more of these cations and their mixtures.
  • the cations are chosen from calcium and magnesium ions and mixtures thereof.
  • the cations are divalent cations.
  • the cations may be any type of cation capable of reacting with the HC0 3 " or C0 3 2" ions.
  • calcium source any chemical compound comprising calcium and capable of supplying calcium ions by solution, especially in aqueous solution, or capable of reacting said calcium ions with the environment.
  • the source of calcium may for example be CaCl 2 , a hydraulic binder, aggregates, slags, silica fumes, fly ash, limestone or siliceous fillers or pozzolans.
  • the source of cations, and in particular the source of calcium may be the hydraulic binder according to the invention, or at least one of the following components of the hydraulic composition: aggregates, slags, silica fumes, ashes flying, calcareous or siliceous fillers or pozzolana.
  • the source of cations, and in particular the source of calcium can also be a source other than the hydraulic binder according to the invention or one of the components of the hydraulic composition mentioned above, for example a source external to the aforementioned materials, specifically made to enzymes.
  • the source of cations is the hydraulic binder according to the invention or at least one of the following components of the hydraulic composition: aggregates, slags, silica fumes, fly ash , limestone or siliceous fillers or pozzolana.
  • water of reaction water which allows the proper functioning of the enzymes described above and which allows the capture and transformation of C0 2 .
  • This reaction water may be part of the mixing water and / or may be water provided specifically in the vicinity of said material according to the invention.
  • the reaction water is a part of the mixing water, it may in particular be that part of the mixing water which remains trapped in the pores of the hydraulic binder or hydraulic composition.
  • the reaction water is a part of the mixing water.
  • element for the field of construction any constituent element of a construction such as for example a floor, a screed, a foundation, a wall, a partition, a ceiling, a beam , a worktop, a pillar, a bridge stack, a breeze block, a pipe, a post, a cornice, a road element (for example a curb), a tile, a pavement (eg road) , a coating (eg wall), a plasterboard, an insulating element (acoustic and / or thermal).
  • external environment is meant according to the present invention the air present outside the buildings.
  • An object according to the invention is a hydraulic binder comprising at least enzymes catalyzing the capture and conversion of C0 2 to carbonates and / or bicarbonates, the CKD being excluded from the hydraulic binder.
  • the enzymes of the hydraulic binder according to the invention are chosen from carbonic anhydrases or one of their analogues.
  • the enzymes of the hydraulic binder according to the invention are chosen from carbonic anhydrases.
  • the hydraulic binder according to the invention is chosen from cement, plaster or lime.
  • the hydraulic binder according to the invention is a cement.
  • the cement according to the invention is chosen from a Portland cement, a blast furnace cement, a pozzolanic cement, a composite cement, an aluminous cement, a sulfo-aluminous cement, a ferri-aluminous cement and a belitic cement.
  • the Portland cement, the blast furnace cement, the pozzolanic cement and the composite cement mentioned in the present application correspond to the various cements found in the EN 197-1 standard (see in particular the table on page 12).
  • the belitic cement cited in the present application corresponds to the cement as disclosed in patent EP 1 781 579.
  • the aluminous cement, the sulfo-aluminous cement and the fer-aluminous cement cited in the present application are as described in the publication The Third Series Cernent In China, Yanmou Wang, Su Muzhen, Third Beijing International Symposium, 1993 (see in particular page 1 16 and Table 1).
  • the hydraulic binder according to the invention comprises from 0.005 to 5%, preferably from 0.01 to 2%, of enzymes by weight relative to the weight of the hydraulic binder.
  • Another object according to the invention is a hydraulic composition comprising at least one hydraulic binder according to the invention.
  • the enzymes of the hydraulic composition according to the invention are chosen from carbonic anhydrases or one of their analogues.
  • the enzymes of the hydraulic composition according to the invention are chosen from carbonic anhydrases.
  • the hydraulic binder of the hydraulic composition according to the invention is chosen from cement, plaster or lime.
  • the hydraulic binder of the hydraulic composition according to the invention is a cement.
  • the cement of the hydraulic composition according to the invention is chosen from a Portland cement, a blast furnace cement, a pozzolanic cement, a composite cement, an aluminous cement, a sulfo-aluminous cement, a ferrous-aluminous cement and a belitic cement.
  • the hydraulic composition according to the invention comprises from 0.005 to 5%, preferably from 0.01 to 2%, of enzymes by weight relative to the weight of the hydraulic binder.
  • said enzymes are located in the mass of the hydraulic composition according to the invention.
  • This first variant has the advantage of being simpler and faster to implement.
  • said enzymes are located on the surface of the hydraulic composition according to the invention, after hardening.
  • This second variant has the advantage of reducing the costs of implementation.
  • the hydraulic composition according to the invention is a cement slurry, a mortar, a concrete, a plaster paste or a lime slurry.
  • the hydraulic composition according to the invention is a cement slurry, a mortar or a concrete.
  • the porosity of the hydraulic composition according to the invention is preferably from 5 to 80% by volume. Without wishing to be bound by the theory, it seems that the more the hydraulic composition is porous, the better may be the diffusion of C0 2 . Among other parameters, it seems, for a cement-based hydraulic composition, that the porosity may notably be related to the water / cement mass ratio (W / C). The water / cement ratio is thus preferably less than or equal to 2.
  • the hydraulic composition according to the invention is not included in a closed enclosure, such as for example a bioreactor.
  • Another object according to the invention is a method of manufacturing a hydraulic composition according to the invention comprising a step of contacting at least enzymes catalyzing the capture and conversion of C0 2 to carbonates and / or bicarbonates, a mixing water and a hydraulic binder, the CKD being excluded from the hydraulic binder.
  • the enzymes used in the process according to the invention are in the form of a solution, a powder or immobilized on a support.
  • the enzymes are in powder form, they are preferably lyophilized or crystallized.
  • the enzymes are immobilized on a support, they can for example be fixed on said support according to the method described in the patent application US 2006/0246564.
  • the step of contacting the process according to the invention is carried out in one of the following ways:
  • the enzymes are added at the same time as and / or in the mixing water; the enzymes are added directly to at least one of the components of a hydraulic composition before addition of the mixing water;
  • the enzymes are added during the mixing; the enzymes are applied to the surface of a hydraulic composition during setting thereof, during the curing thereof or after curing thereof;
  • the enzymes are added to a hydraulic composition, preferably at the moment of projection of the hydraulic composition.
  • the components of the hydraulic composition to which the enzymes may be added are aggregates, fibers, a hydraulic binder, slag, silica fumes, fly ash, limestone or siliceous fillers, pozzolans, adjuvants, etc.
  • the enzymes when the enzymes are added during the mixing, they can be added at the beginning, middle or end of said mixing. It may even be envisaged to add the enzymes last, just before stopping the mixer in which the components are mixed.
  • the enzymes When the enzymes are applied to the surface of a hydraulic composition during setting thereof, during curing thereof or after curing thereof, they may be in the form of a non-aqueous solution, such as a paint, or a suspension of cement.
  • a paint has the advantage of being able to apply the enzymes to the surface of a hydraulic composition at the same time as the surface finish, for example for the decoration of the element based on this hydraulic composition.
  • a single step can therefore be sufficient for two actions: applying the enzymes to the surface of a hydraulic composition and decorating said surface.
  • cement suspension has the advantage of providing a source of calcium ions to the enzymes when they are applied to the surface of a hydraulic composition.
  • the cement suspension can be a decorative mortar, that is to say that, as for painting, a single step can therefore be sufficient for two actions: applying the enzymes to the surface of a hydraulic composition and decorate said surface.
  • the enzymes used in the process according to the invention have the same characteristics as the enzymes used in the hydraulic binder according to the invention or the hydraulic composition according to the invention.
  • the enzymes used according to the invention may have a variable degree of purity.
  • the enzymes of the process according to the invention are chosen from carbonic anhydrases or one of their analogues.
  • the enzymes of the process according to the invention are chosen from carbonic anhydrases.
  • the hydraulic binder of the process according to the invention is chosen from cement, plaster or lime.
  • the hydraulic binder of the process according to the invention is a cement.
  • the cement of the process according to the invention is chosen from a Portland cement, a blast furnace cement, a pozzolanic cement, a composite cement, an aluminous cement, a sulfo-aluminous cement, a ferrous-aluminous cement and a cement belitic.
  • the hydraulic composition of the process according to the invention comprises from 0.005 to 5%, preferably from 0.01 to 2%, of enzymes by weight relative to the weight of the hydraulic binder.
  • the hydraulic composition of the process according to the invention is a cement slurry, a mortar, a concrete, a plaster paste or a lime slurry.
  • the hydraulic composition of the process according to the invention is a cement slurry, a mortar or a concrete.
  • the porosity of the hydraulic composition of the process according to the invention is preferably from 5 to 80% by volume.
  • the water / cement ratio is the hydraulic composition of the process according to the invention preferably less than or equal to 2.
  • the hydraulic composition of the process according to the invention is not included in a closed enclosure, such as for example a bioreactor.
  • Another object according to the invention is an element for the field of construction made using a hydraulic binder according to the invention or a hydraulic composition according to the invention, as described above.
  • the element for the field of construction according to the invention is a carrier element, then it preferably further comprises an anti-corrosion agent.
  • Another object according to the invention is the use of a hydraulic binder according to the invention or a hydraulic composition according to the invention for capturing, immobilizing and converting C0 2 present in the external environment and / or in the indoor environment.
  • a hydraulic binder according to the invention or a hydraulic composition according to the invention is used (e) to capture, immobilize and transform the C0 2 present in the indoor environment.
  • This problem is important because the air inside buildings, be it a business, a building or a house, contains all kinds of pollutants and needs to be purified.
  • the use according to the invention thus makes it possible to partially purify the air inside the buildings, by capturing C0 2 resulting from human, plant or machine activity.
  • the C0 2 to be captured and converted into carbonates and / or bicarbonates can be naturally present near the hydraulic composition according to the invention. In this case, it may in particular come from the activity, human, plant or machinery, present inside the buildings.
  • the CO 2 to be captured and converted into carbonates and / or bicarbonates can also be voluntarily brought close to said hydraulic composition.
  • it may be for example a room dedicated to C0 2 capture which would include several elements for the field of construction according to the invention and an indoor air recycling system that would convey the indoor air of an entire building near the elements according to the invention mentioned above.
  • the hydraulic binder of the use according to the invention comprises at least enzymes catalyzing the capture and conversion of C0 2 to carbonates and / or bicarbonates, the CKD being excluded from the hydraulic binder.
  • the enzymes of the use according to the invention are chosen from carbonic anhydrases or one of their analogues.
  • the enzymes of the use according to the invention are chosen from carbonic anhydrases.
  • the hydraulic binder of the use according to the invention is chosen from cement, plaster or lime.
  • the hydraulic binder of the use according to the invention is a cement.
  • the cement of the use according to the invention is chosen from a Portiand cement, a blast furnace cement, a pozzolanic cement, a composite cement, an aluminous cement, a sulfo-aluminous cement, a ferri-aluminous cement and a belitic cement.
  • the hydraulic binder of the use according to the invention comprises from 0.005 to 5%, preferably from 0.01 to 2%, of enzymes by weight relative to the weight of the hydraulic binder.
  • the hydraulic composition of the use according to the invention comprises at least one hydraulic binder according to the invention.
  • the enzymes of the use according to the invention are located in the mass of the hydraulic composition according to the invention.
  • This first variant has the advantage of being simpler and faster to implement.
  • the enzymes of the use according to the invention are located on the surface of the hydraulic composition according to the invention after curing.
  • This second variant has the advantage of reducing the costs of implementation.
  • the hydraulic composition of the use according to the invention is a cement slurry, a mortar, a concrete, a plaster paste or a lime slurry.
  • the hydraulic composition of the use according to the invention is a cement slurry, a mortar or a concrete.
  • the porosity of the hydraulic composition of the use according to the invention is preferably from 5 to 80% by volume. Without wishing to be bound by the theory, it seems that the more the hydraulic composition is porous, the better may be the diffusion of C0 2 . Among other parameters, it seems, for a cement-based hydraulic composition, that the porosity may notably be related to the water / cement mass ratio (W / C). The water / cement ratio is thus preferably less than or equal to 2.
  • the hydraulic composition of the use according to the invention is not included in a closed chamber, such as for example a bioreactor.
  • the use according to the invention comprises a step of contacting at least enzymes catalyzing the capture and conversion of C0 2 to carbonates and / or bicarbonates, a mixing water and a hydraulic binder, CKDs. being excluded from the hydraulic binder.
  • the enzymes used in the use according to the invention are in the form of solution, powder or immobilized on a support.
  • the enzymes are in powder form, they are preferably lyophilized or crystallized.
  • the enzymes are immobilized on a support, they can for example be fixed on said support according to the method described in the patent application US 2006/0246564.
  • the step of contacting the use according to the invention is carried out according to one of the following ways:
  • the enzymes are added at the same time as and / or in the mixing water;
  • the enzymes are added directly to at least one of the components of a hydraulic composition before addition of the mixing water;
  • the enzymes are added during the mixing
  • the enzymes are applied to the surface of a hydraulic composition during setting thereof, during the curing thereof or after curing thereof;
  • the enzymes are added to a hydraulic composition, preferably at the moment of projection of the hydraulic composition.
  • the components of the hydraulic composition to which the enzymes may be added are aggregates, fibers, a hydraulic binder, slag, silica fumes, fly ash, limestone or siliceous fillers, pozzolans, adjuvants, etc.
  • the enzymes when the enzymes are added during the mixing, they can be added at the beginning, middle or end of said mixing. It may even be envisaged to add the enzymes last, just before stopping the mixer in which the components are mixed.
  • the enzymes When the enzymes are applied to the surface of a hydraulic composition, they may be in the form of a non-aqueous solution, a paint, or a suspension of cement.
  • the enzymes used in the use according to the invention may have a variable degree of purity.
  • the use according to the invention makes it possible to obtain an element for the field of construction, made using a hydraulic binder according to the invention or a hydraulic composition according to the invention, as described above.
  • the element for the field of construction according to the invention is a carrier element, then it preferably further comprises an anti-corrosion agent.
  • FIG. 1 represents the principle of carbonation of the hydraulic compositions in the presence of the enzymes according to the invention.
  • Hydrated hydraulic compositions are porous media, the pores of which are partially filled with water, which can generally be part of the mixing water.
  • the C0 2 present in the atmosphere can diffuse through said pores and dissolve in the water included in said pores.
  • the C0 2 dissolved in water can be in different forms depending on the pH of the solution in which it is located, as illustrated by the following relation:
  • Reaction 1 C0 2 forms dissolved as a function of the pH of the solution.
  • the enzymes according to the invention to catalyze the passage of C0 2 dissolved in its HC0 3 form ".
  • pH of hydraulic binders and compositions is very basic, generally greater than or equal to 1 1
  • the HC0 3" thus formed continues to react with water to form C0 3 2 - ions, as illustrated by the following reaction:
  • the hydrates or other inorganic compounds included in the cured hydraulic composition may be a source of cations, for example ions Calcium, which can react with previously formed C0 3 2 - ions, as illustrated by the following reaction:
  • Reaction 3 formation of CaCO 3 .
  • the CO 2 of the atmosphere can therefore be permanently immobilized in hydraulic compositions thanks to the enzymes according to the invention.
  • Hydraulic binder blocks of dimension 4 x 4 x 16 cm were made and are called "test pieces" in the following examples. Some specimens include the enzymes as described below and others not, to validate the effect of the present invention.
  • the hydraulic binder tested is a standardized mortar, the formulation of which is described in Table 1 below.
  • Standardized sand is silica sand in accordance with the EN 196-1 standard, whose supplier is ciosico du Littoral
  • the cement is a CEM I 52.5 R cement from the Lafarge cement plant in Saint Pierre La Cour.
  • Enzymes are freeze-dried carbonic anhydrase B extracts from bovine erythrocytes supplied by COGER (Reference # SER-1588202).
  • the standard mortar mixing protocol follows the EN 196-1 standard.
  • protocols A and B can be followed and are as follows:
  • test pieces are placed 7 days at 20 ° C. and 65% relative humidity (RH);
  • the level of carbonation of the test pieces is tested by the phenolphthalein bleaching test (due to carbonation).
  • the specimens are in fact sprayed with phenolphthalein, which is a colored indicator passing from a pink coloring for a pH greater than 9, to a colorless coloring for a pH of less than 9.
  • phenolphthalein is a colored indicator passing from a pink coloring for a pH greater than 9, to a colorless coloring for a pH of less than 9.
  • the conventional pH of a mortar is greater than 9, but it becomes more acidic in case of carbonation. Phenolphthalein discoloration therefore indicates the places where carbonation took place, and so in our case, the places where the enzymes reacted to capture C0 2 and turn it into carbonates and / or bicarbonates.
  • the principle of accelerated carbonation test (or discoloration test) consists of introducing carbon dioxide into a chamber with controlled relative humidity in which the mortar samples are placed. At certain times, the mortar samples are removed from the chamber and the carbonation depth is measured using a colored indicator, phenolphthalein, which displays the pH change resulting from carbonation in the mortar. . This determination is made on a fresh fracture of the sample of material.
  • the reagents used are as follows:
  • Phenolphthalein 0.05% in a 50/50 mixture Water / Ethanol
  • Ammonium nitrate H 4 N 2 O 3 (VWR ref: 21.277.510). This product is intended to be disposed in saturated solution in the carbonation box so as to maintain a relative humidity of 65% at 20 ° C.
  • the specimens are optionally conditioned according to one of the two protocols A or B described in Table 2 above.
  • test pieces are placed in the chamber: they will be spaced apart from each other by at least 2 cm.
  • the relative humidity and the temperature of the chamber are measured during the test. It is also necessary to ensure that the gas mixture circulates weakly in the chamber.
  • the specimens are removed from the enclosure and the carbonated mortar thicknesses and the masses of the specimens are measured.
  • a piece of mortar thickness 6 ⁇ 1 cm is removed by splitting fracturing. The residual test pieces are then placed back into the chamber.
  • the measurements of the carbonated mortar thickness are carried out after spraying a solution of phenolphthalein (0.05% in a 50/50 volume Water / Ethanol).
  • the phenolphthalein solution reveals the interface between the non-carbonated zone and the carbonate zone.
  • the measurements correspond to the distances (in mm) between the external surface of the mortar and the coloring front. They are performed on the staining edge outside the following areas: in the corners or when the staining front passes through a granule / matrix interface. This concerns aggregates whose maximum diameter D is greater than 3 mm.
  • a distance is determined for each face.
  • the values given in the tables are the average value for each face and for each expiry date, for a given specimen.
  • the value corresponding to a given date is the average of these four values.
  • Table 3 presents the results of phenolphthalein bleaching tests. Table 3: Phenolphtal discoloration test results
  • the decolorization depths are greater for the specimens comprising the enzymes according to the invention than for the specimens not comprising enzymes.
  • the average depth of discoloration at 35 days for the test sample with enzymes treated according to protocol A is 3.5 mm
  • the average depth of discoloration for the same specimen without enzymes at the same time is 1, 5 mm.

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Abstract

La présente invention a pour objet un liant hydraulique caractérisé en ce qu'il comprend au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du CO2 en carbonates et/ou en bicarbonates, les CKD étant exclues du liant hydraulique.

Description

COMPOSITION PERMETTANT DE CAPTER LE C02
La présente invention a pour objet un liant hydraulique permettant de capter le C02 grâce à des enzymes catalysant le captage et la carbonatation du C02. La présente invention a également pour objet une composition hydraulique comprenant au moins un liant hydraulique et lesdites enzymes, un procédé de fabrication de la composition hydraulique selon l'invention, un élément pour le domaine de la construction réalisé en utilisant le liant hydraulique selon l'invention ou la composition hydraulique selon l'invention et l'utilisation d'un liant hydraulique selon l'invention ou d'une composition hydraulique selon l'invention pour capter, immobiliser et transformer le C02 présent dans l'environnement extérieur et/ou dans l'environnement intérieur.
La problématique du C02 et sa relation avec l'effet de serre sont connues depuis de nombreuses années. La prise en compte collective de cette problématique a abouti à la mise en place de normes européennes visant à réduire les émissions de C02. Les solutions envisagées à l'heure actuelle sont majoritairement axées sur la cause des émissions de C02. De ce fait, les entreprises sont les premiers acteurs concernés, et de nombreuses recherches sont menées afin de réduire les émissions de C02 à la source.
Cependant, les problèmes de « pollution » au C02 n'existent pas que dans l'environnement extérieur, mais aussi à l'intérieur des bâtiments. Les systèmes de chauffage, par exemple, peuvent être source de dégagement de C02. Or, il n'existe pas à l'heure actuelle de solution permettant de réduire efficacement le C02 accumulé à l'intérieur des bâtiments.
L'utilisation d'enzymes, comme par exemple les anhydrases carboniques, pour capter le C02 est connue, puisque certaines enzymes sont naturellement adaptées à cette fonction. On peut citer par exemple la publication : Biocatalytic capture of C02 with carbonic anhydrase and its transformation to solid carbonate, Nathalie Favre, Lorraine Christ, Alain C. Pierre, Journal of Molecular Catalysis B : Enzymatic 60 (2009) 163-170. Cependant, les enzymes proviennent d'organismes vivants et nécessitent des conditions particulières et relativement strictes pour leur bon fonctionnement.
Afin de répondre aux exigences environnementales et aux exigences fixées par les normes, il est devenu nécessaire de trouver d'autres moyens pour compléter les solutions actuelles de réduction du C02 présent dans l'environnement extérieur, mais aussi dans l'environnement intérieur.
Aussi le problème que se propose de résoudre l'invention est de fournir un nouveau moyen adapté pour capter le C02 présent dans l'environnement extérieur, mais aussi dans l'environnement intérieur. De manière inattendue, les inventeurs ont mis en évidence qu'il est possible d'utiliser, dans des conditions spécifiques, des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, et de les mettre en contact avec un liant hydraulique pour capter et transformer le C02 présent dans l'environnement extérieur, mais aussi dans l'environnement intérieur. De manière surprenante, les enzymes selon l'invention peuvent fonctionner malgré le pH très basique, généralement supérieur ou égal à 1 1 , des liants hydrauliques et compositions hydrauliques.
Dans ce but, la présente invention propose un liant hydraulique comprenant au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
Un autre objet selon l'invention est une composition hydraulique comprenant au moins un liant hydraulique selon l'invention.
Un autre objet selon l'invention est un procédé de fabrication d'une composition hydraulique selon l'invention comprenant une étape de mise en contact entre au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, une eau de gâchage et un liant hydraulique, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
Un autre objet selon l'invention est un élément pour le domaine de la construction réalisé en utilisant un liant hydraulique selon l'invention ou une composition hydraulique selon l'invention.
Enfin, un autre objet selon l'invention est l'utilisation d'un liant hydraulique selon l'invention ou d'une composition hydraulique selon l'invention pour capter, immobiliser et transformer le C02 présent dans l'environnement extérieur et/ou dans l'environnement intérieur.
L'invention offre des avantages déterminants, en particulier l'utilisation des enzymes telles que décrites ci-après ne modifie pas nécessairement le procédé de fabrication du liant hydraulique selon l'invention ou de la composition hydraulique selon l'invention par rapport aux procédés de fabrication habituels.
L'invention offre comme autre avantage que le liant hydraulique selon l'invention ou la composition hydraulique selon l'invention peuvent être utilisés de la même manière et pour les mêmes applications que s'ils n'étaient pas en contact avec lesdites enzymes.
L'invention présente comme autre avantage un meilleur cycle de vie du matériau, c'est-à-dire que le carbonate formé dans la composition hydraulique selon l'invention peut être recyclé comme granulat pour les matériaux du bâtiment ou pour les routes, ou comme matière première en cimenterie. Enfin l'invention a pour avantage de pouvoir être mise en œuvre dans toutes industries, notamment l'industrie du bâtiment, l'industrie chimique (adjuvantiers) et dans l'ensemble des marchés de la construction (bâtiment, génie civil, routes ou usine de préfabrication), dans l'industrie cimentière ou les centrales à béton.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description et des exemples donnés à titre purement illustratifs et non limitatifs qui vont suivre.
Par l'expression « liant hydraulique », on entend selon la présente invention tout composé ayant la propriété de s'hydrater en présence d'eau et dont l'hydratation permet d'obtenir un solide ayant des caractéristiques mécaniques, les CKD étant exclues du liant hydraulique selon l'invention. Le liant hydraulique selon l'invention peut en particulier être un ciment, du plâtre ou de la chaux. De préférence, le liant hydraulique selon l'invention est un ciment.
Par l'expression « CKD », on entend selon la présente invention les poussières de four de cimenterie (« cernent kiln dust » en anglais), que l'on récupère généralement dans les filtres des fours de cimenterie. Les CKD se présentent généralement sous forme d'une poudre fine très alcaline.
Par l'expression « composition hydraulique », on entend selon la présente invention un mélange d'au moins un liant hydraulique, avec de l'eau (dite eau de gâchage), éventuellement des granulats, éventuellement des additifs, et éventuellement des additions minérales. Une composition hydraulique peut par exemple être un béton hautes performances, un béton très hautes performances, un béton auto-plaçant, un béton auto-nivelant, un béton auto-compactant, un béton fibré, un béton prêt à l'emploi ou un béton coloré. Par le terme « béton », on entend également les bétons ayant subi une opération de finition telle que le béton bouchardé, le béton désactivé ou lavé, ou le béton poli. On entend également selon cette définition le béton précontraint. Le terme « béton » comprend les mortiers ; dans ce cas précis le béton comprend un mélange d'au moins un liant hydraulique, de sable, d'eau, éventuellement d'additifs et éventuellement d'additions minérales. Le terme « béton » selon l'invention désigne indistinctement le béton frais ou le béton durci. De préférence, la composition hydraulique selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier, un béton, une pâte de plâtre ou un coulis de chaux. Préférentiellement, la composition hydraulique selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier ou un béton. La composition hydraulique selon l'invention peut être utilisée directement sur chantier à l'état frais et coulée dans un coffrage adapté à l'application visée, ou alors en préfabrication, ou encore en tant qu'enduit sur un support solide. Par le terme « prise », on entend selon la présente invention le passage à l'état solide d'un liant hydraulique par réaction chimique d'hydratation. La prise est généralement suivie par la période de durcissement.
Par le terme « durcissement », on entend selon la présente invention l'acquisition des propriétés mécaniques d'un liant hydraulique, après la fin de la prise.
Par l'expression « enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates » on entend selon la présente invention toute enzyme dont l'activité enzymatique consiste à capter du C02 en formant des carbonates ou à libérer du C02 à partir de carbonates. Les enzymes sont de préférence choisies parmi les anhydrases carboniques ou un de leurs analogues. Les anhydrases carboniques sont référencées sous le numéro EC 4.2.1 .1. Les anhydrases carboniques peuvent notamment être celles décrites dans la publication : Carbonic anhydrases as targets for médicinal chemistry, Claudiu T. Supuran and Andréa Scizzafava, Bioorganic and Médicinal Chemistry 15 (2007) 4336-4350. Les anhydrases carboniques peuvent avoir différentes origines et peuvent par exemple être extraites selon les procédés décrits dans la publication suivante : The Enzymes, S.Lindskog et al., 5, 594-595, Carbonic anhydrase. Les anhydrases peuvent également être achetées auprès de fournisseurs spécialisés, comme la société COGER, qui fournit par exemple des anhydrases carboniques extraites d'érythrocytes bovins sous la référence #SER-1588202.
Par le terme « analogues », on entend selon la présente invention tout type d'enzymes ayant un site fonctionnel leur permettant de capter du C02 en formant des carbonates ou de libérer du C02 à partir de carbonates. Les analogues peuvent être des molécules naturelles ou artificielles.
De préférence, lesdites enzymes sont associées à au moins une source de cations et à de l'eau de réaction pour leur fonctionnement.
Par l'expression « source de cations » on entend selon la présente invention tout composé chimique capable de fournir au moins un type de cations en solution ou capable de faire réagir lesdits cations avec l'environnement. Les cations peuvent être choisis parmi les ions de manganèse, de magnésium, de fer, de calcium, de cadmium, de zinc, de cobalt, de baryum, de césium, de strontium, d'aluminium, des phases formées de un ou plusieurs de ces cations et leurs mélanges. De préférence, les cations sont choisis parmi les ions de calcium, de magnésium et leurs mélanges. De préférence, les cations sont des cations divalents. Selon une variante de l'invention, les cations peuvent être tout type de cations capables de réagir avec les ions HC03 " ou C03 2".
Par l'expression « source de calcium » on entend selon la présente invention tout composé chimique comprenant du calcium et capable de fournir des ions calcium en solution, notamment en solution aqueuse, ou capable de faire réagir lesdits ions calcium avec l'environnement. La source de calcium peut par exemple être du CaCI2, un liant hydraulique, des granulats, des laitiers, des fumées de silice, des cendres volantes, des fillers calcaires ou siliceux ou des pouzzolanes.
Généralement, la source de cations, et en particulier la source de calcium, peut être le liant hydraulique selon l'invention, ou au moins un des composants suivants de la composition hydraulique : des granulats, des laitiers, des fumées de silice, des cendres volantes, des fillers calcaires ou siliceux ou des pouzzolanes. Cependant, la source de cations, et en particulier la source de calcium, peut également être une source autre que le liant hydraulique selon l'invention ou que l'un des composants de la composition hydraulique cités ci-avant, comme par exemple une source externe aux matériaux cités avant, spécifiquement apportée aux enzymes. De préférence, la source de cations, et en particulier la source de calcium, est le liant hydraulique selon l'invention ou au moins un des composants suivants de la composition hydraulique : des granulats, des laitiers, des fumées de silice, des cendres volantes, des fillers calcaires ou siliceux ou des pouzzolanes.
Par l'expression « eau de réaction », on entend selon la présente invention l'eau qui permet le bon fonctionnement des enzymes décrites ci-avant et qui permet le captage et la transformation du C02. Cette eau de réaction peut être une partie de l'eau de gâchage et/ou peut être de l'eau apportée spécifiquement à proximité dudit matériau selon l'invention. Quand l'eau de réaction est une partie de l'eau de gâchage, elle peut en particulier être la partie de l'eau de gâchage qui reste prisonnière des pores du liant hydraulique ou de la composition hydraulique. De préférence, l'eau de réaction est une partie de l'eau de gâchage.
Par l'expression « élément pour le domaine de la construction », on entend selon la présente invention tout élément constitutif d'une construction comme par exemple un sol, une chape, une fondation, un mur, une cloison, un plafond, une poutre, un plan de travail, un pilier, une pile de pont, un parpaing, une canalisation, un poteau, une corniche, un élément de voirie (par exemple une bordure de trottoir), une tuile, un revêtement (par exemple de route), un enduit (par exemple de mur), une plaque de plâtre, un élément isolant (acoustique et/ou thermique).
Par l'expression « environnement extérieur », on entend selon la présente invention l'air présent à l'extérieur des bâtiments.
Par l'expression « environnement intérieur », on entend selon la présente invention l'air présent à l'intérieur des bâtiments. Un objet selon l'invention est un liant hydraulique comprenant au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
De préférence, les enzymes du liant hydraulique selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques ou un de leurs analogues. Préférentiellement, les enzymes du liant hydraulique selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques.
De préférence, le liant hydraulique selon l'invention est choisi parmi un ciment, du plâtre ou de la chaux. Préférentiellement, le liant hydraulique selon l'invention est un ciment. De préférence, le ciment selon l'invention est choisi parmi un ciment Portland, un ciment de haut fourneau, un ciment pouzzolanique, un ciment composé, un ciment alumineux, un ciment sulfo-alumineux, un ciment ferri-alumineux et un ciment bélitique. Le ciment Portland, le ciment de haut fourneau, le ciment pouzzolanique et le ciment composé cités dans la présente demande correspondent aux différents ciments que l'on trouve dans la norme EN 197-1 (voir notamment le tableau page 12). Le ciment bélitique cité dans la présente demande correspond au ciment tel que divulgué dans le brevet EP 1 781 579. Le ciment alumineux, le ciment sulfo-alumineux et le ciment ferri- alumineux cités dans la présente demande sont tels que décrits dans la publication The Third Séries Cernent In China, Wang Yanmou, Su Muzhen, Third Beijin International Symposium, 1993 (voir notamment la page 1 16 et le tableau 1 ).
De préférence, le liant hydraulique selon l'invention comprend de 0,005 à 5 %, préférentiellement de 0,01 à 2 %, d'enzymes en masse par rapport à la masse du liant hydraulique.
Un autre objet selon l'invention est une composition hydraulique comprenant au moins un liant hydraulique selon l'invention.
De préférence, les enzymes de la composition hydraulique selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques ou un de leurs analogues. Préférentiellement, les enzymes de la composition hydraulique selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques.
De préférence, le liant hydraulique de la composition hydraulique selon l'invention est choisi parmi un ciment, du plâtre ou de la chaux. Préférentiellement, le liant hydraulique de la composition hydraulique selon l'invention est un ciment.
De préférence, le ciment de la composition hydraulique selon l'invention est choisi parmi un ciment Portland, un ciment de haut fourneau, un ciment pouzzolanique, un ciment composé, un ciment alumineux, un ciment sulfo-alumineux, un ciment ferri- alumineux et un ciment bélitique. De préférence, la composition hydraulique selon l'invention comprend de 0,005 à 5 %, préférentiellement de 0,01 à 2 %, d'enzymes en masse par rapport à la masse du liant hydraulique.
Selon une variante, lesdites enzymes sont situées dans la masse de la composition hydraulique selon l'invention. Cette première variante présente l'avantage d'être plus simple et plus rapide à mettre en œuvre.
Selon une autre variante, lesdites enzymes sont situées à la surface de la composition hydraulique selon l'invention, après son durcissement. Cette deuxième variante présente l'avantage de réduire les coûts de mise en œuvre.
De préférence, la composition hydraulique selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier, un béton, une pâte de plâtre ou un coulis de chaux. Préférentiellement, la composition hydraulique selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier ou un béton.
La porosité de la composition hydraulique selon l'invention est de préférence comprise de 5 à 80 % en volume. Sans vouloir être lié par la théorie, il semble que plus la composition hydraulique est poreuse, meilleure peut être la diffusion du C02. Parmi d'autres paramètres, il semble, pour une composition hydraulique à base de ciment, que la porosité peut notamment être liée au rapport massique eau/ciment (E/C). Le rapport eau/ciment est ainsi de préférence inférieur ou égal à 2.
De préférence, la composition hydraulique selon l'invention n'est pas comprise dans une enceinte fermée, comme par exemple un bioréacteur.
Un autre objet selon l'invention est un procédé de fabrication d'une composition hydraulique selon l'invention comprenant une étape de mise en contact entre au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, une eau de gâchage et un liant hydraulique, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
De préférence, les enzymes utilisées dans le procédé selon l'invention sont sous forme de solution, de poudre ou immobilisées sur un support. Quand les enzymes sont sous forme de poudre, elles sont de préférence lyophilisées ou cristallisées. Quand les enzymes sont immobilisées sur un support, elles peuvent par exemple être fixées sur ledit support selon le procédé décrit dans la demande de brevet US 2006/0246564.
De préférence, l'étape de mise en contact du procédé selon l'invention est réalisée selon l'une des manières suivantes :
- les enzymes sont ajoutées en même temps que et/ou dans l'eau de gâchage ; - les enzymes sont ajoutées directement à au moins l'un des composants d'une composition hydraulique avant ajout de l'eau de gâchage ;
- les enzymes sont ajoutées au cours du gâchage ; - les enzymes sont appliquées à la surface d'une composition hydraulique pendant la prise de celle-ci, pendant le durcissement de celle-ci ou après le durcissement de celle-ci ;
- les enzymes sont ajoutées à une composition hydraulique, de préférence au moment de la projection de la composition hydraulique.
De préférence, les composants de la composition hydraulique auxquels les enzymes peuvent être ajoutées sont des granulats, des fibres, un liant hydraulique, du laitier, des fumées de silice, des cendres volantes, des fillers calcaires ou siliceux, des pouzzolanes, des adjuvants, etc.
Avantageusement, quand les enzymes sont ajoutées au cours du gâchage, elles peuvent être ajoutées au début, au milieu ou à la fin dudit gâchage. Il peut même être envisagé d'ajouter les enzymes en dernier, juste avant l'arrêt du malaxeur dans lequel les composants sont mélangés.
Lorsque les enzymes sont appliquées à la surface d'une composition hydraulique pendant la prise de celle-ci, pendant le durcissement de celle-ci ou après le durcissement de celle-ci, elles peuvent être sous forme d'une solution non aqueuse, d'une peinture, ou d'une suspension de ciment.
L'utilisation d'une peinture présente l'avantage de pouvoir appliquer les enzymes à la surface d'une composition hydraulique en même temps que la finition de surface, par exemple pour la décoration de l'élément à base de cette composition hydraulique. Une seule étape peut donc être suffisante pour deux actions : appliquer les enzymes à la surface d'une composition hydraulique et décorer ladite surface.
L'utilisation d'une suspension de ciment présente l'avantage de fournir une source d'ions calcium aux enzymes au moment de leur application à la surface d'une composition hydraulique. De plus, la suspension de ciment peut être un mortier décoratif, c'est-à-dire que, comme pour la peinture, une seule étape peut donc être suffisante pour deux actions : appliquer les enzymes à la surface d'une composition hydraulique et décorer ladite surface.
Les enzymes utilisées dans le procédé selon l'invention ont les mêmes caractéristiques que les enzymes utilisées dans le liant hydraulique selon l'invention ou la composition hydraulique selon l'invention.
D'autre part, les enzymes utilisées selon l'invention peuvent présenter un degré de pureté variable.
De préférence, les enzymes du procédé selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques ou un de leurs analogues. Préférentiellement, les enzymes du procédé selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques. De préférence, le liant hydraulique du procédé selon l'invention est choisi parmi un ciment, du plâtre ou de la chaux. Préférentiellement, le liant hydraulique du procédé selon l'invention est un ciment.
De préférence, le ciment du procédé selon l'invention est choisi parmi un ciment Portland, un ciment de haut fourneau, un ciment pouzzolanique, un ciment composé, un ciment alumineux, un ciment sulfo-alumineux, un ciment ferri-alumineux et un ciment bélitique.
De préférence, la composition hydraulique du procédé selon l'invention comprend de 0,005 à 5 %, préférentiellement de 0,01 à 2 %, d'enzymes en masse par rapport à la masse du liant hydraulique.
De préférence, la composition hydraulique du procédé selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier, un béton, une pâte de plâtre ou un coulis de chaux.
Préférentiellement, la composition hydraulique du procédé selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier ou un béton.
La porosité de la composition hydraulique du procédé selon l'invention est de préférence comprise de 5 à 80 % en volume. Le rapport eau/ciment est de la composition hydraulique du procédé selon l'invention de préférence inférieur ou égal à 2.
De préférence, la composition hydraulique du procédé selon l'invention n'est pas comprise dans une enceinte fermée, comme par exemple un bioréacteur.
Un autre objet selon l'invention est un élément pour le domaine de la construction réalisé en utilisant un liant hydraulique selon l'invention ou une composition hydraulique selon l'invention, tels que décrits ci-avant. Lorsque l'élément pour le domaine de la construction selon l'invention est un élément porteur, alors il comprend de préférence en outre un agent anti-corrosion.
Enfin, un autre objet selon l'invention est l'utilisation d'un liant hydraulique selon l'invention ou d'une composition hydraulique selon l'invention pour capter, immobiliser et transformer le C02 présent dans l'environnement extérieur et/ou dans l'environnement intérieur.
De préférence, un liant hydraulique selon l'invention ou une composition hydraulique selon l'invention est utilisé(e) pour capter, immobiliser et transformer le C02 présent dans l'environnement intérieur. Cette problématique est importante, car l'air présent à l'intérieur des bâtiments, que ce soit une entreprise, un immeuble ou une maison individuelle, contient toutes sortes de polluants et a besoin d'être purifié. L'utilisation selon l'invention permet donc de purifier en partie l'air se trouvant à l'intérieur des bâtiments, en captant le C02 issu de l'activité humaine, végétale ou des machines. Le C02 à capter et à transformer en carbonates et/ou en bicarbonates peut être naturellement présent à proximité de la composition hydraulique selon l'invention. Dans ce cas, il peut notamment provenir de l'activité, humaine, végétale ou des machines, présente à l'intérieur des bâtiments. Le C02 à capter et à transformer en carbonates et/ou en bicarbonates peut également être volontairement apporté à proximité de ladite composition hydraulique. Dans cas, il peut s'agir par exemple d'une pièce dédiée au captage du C02 qui comprendrait plusieurs éléments pour le domaine de la construction selon l'invention et un système de recyclage de l'air intérieur qui acheminerait l'air intérieur d'un bâtiment entier à proximité des éléments selon l'invention précités.
De préférence, le liant hydraulique de l'utilisation selon l'invention comprend au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
De préférence, les enzymes de l'utilisation selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques ou un de leurs analogues. Préférentiellement, les enzymes de l'utilisation selon l'invention sont choisies parmi les anhydrases carboniques.
De préférence, le liant hydraulique de l'utilisation selon l'invention est choisi parmi un ciment, du plâtre ou de la chaux. Préférentiellement, le liant hydraulique de l'utilisation selon l'invention est un ciment. De préférence, le ciment de l'utilisation selon l'invention est choisi parmi un ciment Portiand, un ciment de haut fourneau, un ciment pouzzolanique, un ciment composé, un ciment alumineux, un ciment sulfo-alumineux, un ciment ferri-alumineux et un ciment bélitique.
De préférence, le liant hydraulique de l'utilisation selon l'invention comprend de 0,005 à 5 %, préférentiellement de 0,01 à 2 %, d'enzymes en masse par rapport à la masse du liant hydraulique.
De préférence, la composition hydraulique de l'utilisation selon l'invention comprend au moins un liant hydraulique selon l'invention.
Selon une variante, les enzymes de l'utilisation selon l'invention sont situées dans la masse de la composition hydraulique selon l'invention. Cette première variante présente l'avantage d'être plus simple et plus rapide à mettre en œuvre.
Selon une autre variante, les enzymes de l'utilisation selon l'invention sont situées à la surface de la composition hydraulique selon l'invention après son durcissement. Cette deuxième variante présente l'avantage de réduire les coûts de mise en œuvre.
De préférence, la composition hydraulique de l'utilisation selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier, un béton, une pâte de plâtre ou un coulis de chaux. Préférentiellement, la composition hydraulique de l'utilisation selon l'invention est un coulis de ciment, un mortier ou un béton. La porosité de la composition hydraulique de l'utilisation selon l'invention est de préférence comprise de 5 à 80 % en volume. Sans vouloir être lié par la théorie, il semble que plus la composition hydraulique est poreuse, meilleure peut être la diffusion du C02. Parmi d'autres paramètres, il semble, pour une composition hydraulique à base de ciment, que la porosité peut notamment être liée au rapport massique eau/ciment (E/C). Le rapport eau/ciment est ainsi de préférence inférieur ou égal à 2.
De préférence, la composition hydraulique de l'utilisation selon l'invention n'est pas comprise dans une enceinte fermée, comme par exemple un bioréacteur.
De préférence, l'utilisation selon l'invention comprend une étape de mise en contact entre au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, une eau de gâchage et un liant hydraulique, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
De préférence, les enzymes utilisées dans l'utilisation selon l'invention sont sous forme de solution, de poudre ou immobilisées sur un support. Quand les enzymes sont sous forme de poudre, elles sont de préférence lyophilisées ou cristallisées. Quand les enzymes sont immobilisées sur un support, elles peuvent par exemple être fixées sur ledit support selon le procédé décrit dans la demande de brevet US 2006/0246564.
De préférence, l'étape de mise en contact de l'utilisation selon l'invention est réalisée selon l'une des manières suivantes :
- les enzymes sont ajoutées en même temps que et/ou dans l'eau de gâchage ;
- les enzymes sont ajoutées directement à au moins l'un des composants d'une composition hydraulique avant ajout de l'eau de gâchage ;
- les enzymes sont ajoutées au cours du gâchage ;
- les enzymes sont appliquées à la surface d'une composition hydraulique pendant la prise de celle-ci, pendant le durcissement de celle-ci ou après le durcissement de celle-ci ;
- les enzymes sont ajoutées à une composition hydraulique, de préférence au moment de la projection de la composition hydraulique.
De préférence, les composants de la composition hydraulique auxquels les enzymes peuvent être ajoutées sont des granulats, des fibres, un liant hydraulique, du laitier, des fumées de silice, des cendres volantes, des fillers calcaires ou siliceux, des pouzzolanes, des adjuvants, etc.
Avantageusement, quand les enzymes sont ajoutées au cours du gâchage, elles peuvent être ajoutées au début, au milieu ou à la fin dudit gâchage. Il peut même être envisagé d'ajouter les enzymes en dernier, juste avant l'arrêt du malaxeur dans lequel les composants sont mélangés. Lorsque les enzymes sont appliquées à la surface d'une composition hydraulique, elles peuvent être sous forme d'une solution non aqueuse, d'une peinture, ou d'une suspension de ciment.
D'autre part, les enzymes utilisées dans l'utilisation selon l'invention peuvent présenter un degré de pureté variable.
De préférence, l'utilisation selon l'invention permet d'obtenir un élément pour le domaine de la construction, réalisé en utilisant un liant hydraulique selon l'invention ou une composition hydraulique selon l'invention, tels que décrits ci-avant. Lorsque l'élément pour le domaine de la construction selon l'invention est un élément porteur, alors il comprend de préférence en outre un agent anti-corrosion.
Les différentes caractéristiques des enzymes, de la source de cations et de l'eau de réaction décrites ci-avant peuvent s'appliquer aux différents objets selon l'invention.
La figure 1 représente le principe de la carbonatation des compositions hydrauliques en présence des enzymes selon l'invention.
En se référant à la figure 1 , qui représente le principe de la carbonatation des compositions hydrauliques en présence des enzymes selon l'invention, les mécanismes mis en jeu lors de la carbonatation des compositions hydrauliques peuvent être brièvement expliqués. Les compositions hydrauliques hydratées sont des milieux poreux, dont les pores sont partiellement remplis d'eau, qui peut généralement être une partie de l'eau de gâchage. Le C02 présent dans l'atmosphère peut diffuser à travers lesdits pores et se dissoudre dans l'eau comprise dans lesdits pores. Le C02 dissous dans l'eau peut être sous différentes formes en fonction du pH de la solution dans laquelle il se trouve, comme illustré par la relation suivante :
H2C03 HC03- c<v-
6.35 10.3
Réaction 1 : formes du C02 dissous en fonction du pH de la solution.
Les enzymes selon l'invention permettent de catalyser le passage du C02 dissous sous sa forme HC03 ". Etant donné que le pH des liants et compositions hydrauliques est très basique, généralement supérieur ou égal à 1 1 , le HC03 " ainsi formé continue à réagir avec l'eau pour former des ions C03 2", comme illustré par la réaction suivante :
HCO~ + H2O o co ~ + H3O+
Réaction 2 : formation des ions C03 2".
Les hydrates ou autres composés inorganiques compris dans la composition hydraulique durcie peuvent être une source de cations, comme par exemple d'ions calcium, qui peuvent réagir avec les ions C03 2" précédemment formés, comme illustré par la réaction suivante :
Figure imgf000015_0001
Réaction 3 : formation du CaC03.
Le C02 de l'atmosphère peut donc être durablement immobilisé dans des compositions hydrauliques grâce aux enzymes selon l'invention.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée.
EXEMPLES
Des pavés de liant hydraulique de dimension 4 x 4 x 16 cm ont été réalisés et sont appelés « éprouvettes » dans la suite des exemples. Certaines éprouvettes comprennent les enzymes telles que décrites ci-après et d'autres non, afin de valider l'effet de la présente invention. Le liant hydraulique testé est un mortier normalisé, dont la formulation est décrite dans le tableau 1 ci-après.
Tableau 1 : Formulation d'un mortier normalisé tel que testé
Figure imgf000015_0002
Le sable normalisé est un sable siliceux conforme à la norme EN 196-1 , dont le fournisseur est la Société Nouvelle du Littoral
Le ciment est un ciment CEM I 52,5 R issu de la cimenterie Lafarge de Saint Pierre La Cour.
Les enzymes sont des anhydrases carboniques B lyophilisées extraites d'érythrocytes bovins, dont le fournisseur est COGER (Référence #SER-1588202).
Le protocole de malaxage du mortier normalisé suit la norme EN 196-1 .
Dans le cas des gâchées avec les enzymes, on ajoute 100 mg d'enzymes dans l'eau de gâchage, soit environ 0,02 % en masse par rapport au ciment.
Pour les tests de carbonatation, les protocoles A et B peuvent être suivis et sont les suivants :
démoulage à 1 jour après le gâchage et immersion dans une eau à 20°C jusqu'à l'échéance de 14 jours après le gâchage ;
à 14 jours après le gâchage :
• pour le protocole A, les éprouvettes sont placées 7 jours à 20°C et 65 % d'humidité relative (HR) ;
• pour le protocole B, les éprouvettes sont placées 2 jours à 45 °C, puis 5 jours à 20°C et 65 % d'humidité relative (HR) ; enfin, les éprouvettes sont placées pendant 7, 35 et 84 jours dans le bac de carbonatation accélérée.
Le tableau 2 ci-après présente de manière synthétique les deux protocoles A et B suivis.
Tableau 2 : Protocoles de conditionnement des éprouvettes avant le test de
décoloration réalisés sur des mortiers tests
Figure imgf000016_0001
A l'échéance de 28 jours après le gâchage, le niveau de carbonatation des éprouvettes est testé grâce au test de décoloration de la phénolphtaléine (due à la carbonatation). Les éprouvettes sont en effet aspergées de phénolphtaléine, qui est un indicateur coloré passant d'une coloration rose pour un pH supérieur à 9, à une coloration incolore pour un pH inférieur à 9. Le pH classique d'un mortier est supérieur à 9, mais il devient plus acide en cas de carbonatation. La décoloration de la phénolphtaléine indique donc les endroits où une carbonatation a eu lieu, et ainsi dans notre cas, les endroits où les enzymes ont réagi pour capter le C02 et le transformer en carbonates et/ou en bicarbonates.
Le principe de l'essai accéléré de carbonatation (ou test de décoloration) consiste à introduire du gaz carbonique dans une enceinte à humidité relative contrôlée dans laquelle sont placés les échantillons de mortier. A certaines échéances, les échantillons de mortier sont retirés de l'enceinte et la profondeur de carbonatation est mesurée à l'aide d'un indicateur coloré, la phénolphtaléine, qui permet de visualiser le changement de pH résultant de la carbonatation au sein du mortier. Cette détermination est réalisée sur une fracture fraîche de l'échantillon de matériau.
Les réactifs utilisés sont les suivants :
• mélange gazeux : C02 (50 %), 02 (10 %), N2 (40 %), Fournisseur : Air Liquide (Code Alphagaz : 3OD02196 B50ANM) ;
• phénolphtaléine : 0.05 % dans un mélange 50/50 Eau/Ethanol ;
• nitrate d'ammonium (H4N203) (réf VWR : 21.277.510). Ce produit est prévu pour être disposé en solution saturée dans le caisson de carbonatation de façon à maintenir une humidité relative de 65 % à 20 °C. MODE OPERATOIRE
Conditionnement des éprouvettes avant démarrage de l'essai
Avant le démarrage de l'essai de carbonatation accélérée, les éprouvettes sont conditonnées au choix selon l'un des deux protocoles A ou B décrits dans le tableau 2 ci-avant.
Principe de l'essai
A l'issue du conditionnement, les éprouvettes sont disposées dans l'enceinte : elles seront distantes les unes des autres d'au moins 2 cm.
Après introduction des éprouvettes dans l'enceinte, l'humidité relative et la température de l'enceinte sont mesurées au cours de l'essai. Il est également nécessaire de s'assurer que le mélange gazeux circule faiblement dans l'enceinte.
A chaque échéance, les éprouvettes sont retirées de l'enceinte et les épaisseurs de mortier carbonaté ainsi que les masses des éprouvettes sont mesurées. Pour chaque éprouvette, un morceau de mortier (épaisseur 6 ± 1 cm) est prélevé par fracturation par fendage. Les éprouvettes résiduelles sont ensuite replacées dans l'enceinte.
Mesure de l'épaisseur de mortier carbonaté
Les mesures de l'épaisseur de mortier carbonaté sont réalisées après pulvérisation d'une solution de phénolphtaléine (0,05 % dans un volume 50/50 Eau/Ethanol). La solution de phénolphtaléine révèle l'interface entre la zone non- carbonatée et la zone carbonatée.
Les mesures correspondent aux distances (en mm) entre la surface externe du mortier et le front de coloration. Elles sont effectuées sur le front de coloration en dehors des zones suivantes : dans les coins ou lorsque le front de coloration passe par une interface granulat/matrice. Sont concernés les granulats dont le diamètre maximal D est supérieur à 3 mm.
Une distance est déterminée pour chaque face.
Les valeurs données dans les tableaux sont la valeur moyenne pour chaque face et pour chaque échéance, pour une éprouvette donnée. La valeur correspondante à une échéance donnée est la moyenne de ces quatre valeurs.
Le tableau 3 ci-après présente les résultats des tests de décoloration de la phénolphtaléine. Tableau 3 : Résultats des tests de décolorations de la phénolphtal
Figure imgf000018_0001
D'après le tableau 3 ci-avant, on peut constater que les profondeurs de décoloration sont plus importantes pour les éprouvettes comprenant les enzymes selon l'invention que pour les éprouvettes ne comprenant pas d'enzymes. Par exemple, la profondeur moyenne de décoloration à 35 jours pour l'éprouvette avec enzymes traitée selon le protocole A est de 3,5 mm, alors que la profondeur de décoloration moyenne pour la même éprouvette sans enzymes à la même échéance est de 1 ,5 mm. Cela montre bien que la carbonatation est meilleure en présence des enzymes selon l'invention. Par conséquent, le captage et la transformation du C02 est améliorée grâce aux enzymes selon l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
Liant hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
2- Liant hydraulique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les enzymes sont choisies parmi les anhydrases carboniques ou un de leurs analogues.
Liant hydraulique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le liant hydraulique est un ciment et le ciment est choisi parmi un ciment Portland, un ciment de haut fourneau, un ciment pouzzolanique, un ciment composé, un ciment alumineux, un ciment sulfo-alumineux, un ciment ferri-alumineux et un ciment bélitique.
Liant hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend de 0,005 à 5 % d'enzymes en masse par rapport à la masse du liant hydraulique. 5- Composition hydraulique, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un liant hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
Composition hydraulique selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite composition est un coulis de ciment, un mortier, un béton, une pâte de plâtre ou un coulis de chaux.
7- Procédé de fabrication d'une composition hydraulique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mise en contact entre au moins des enzymes catalysant le captage et la transformation du C02 en carbonates et/ou en bicarbonates, une eau de gâchage et un liant hydraulique, les CKD étant exclues du liant hydraulique.
8- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites enzymes sont sous forme de solution, de poudre ou immobilisées sur un support.
9- Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'étape de mise en contact est réalisée selon l'une des manières suivantes : - les enzymes sont ajoutées en même temps que et/ou dans l'eau de gâchage ;
- les enzymes sont ajoutées directement à au moins l'un des composants d'une composition hydraulique avant ajout de l'eau de gâchage ;
- les enzymes sont ajoutées au cours du gâchage ;
- les enzymes sont appliquées à la surface d'une composition hydraulique pendant la prise de celle-ci, pendant le durcissement de celle-ci ou après le durcissement de celle-ci ;
- les enzymes sont ajoutées à une composition hydraulique.
Elément pour le domaine de la construction, caractérisé en ce qu'il est réalisé utilisant un liant hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 une composition hydraulique selon la revendication 5 ou 6.
Utilisation d'un liant hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ou d'une composition hydraulique selon la revendication 5 ou 6 pour capter, immobiliser et transformer le C02 présent dans l'environnement extérieur et/ou dans l'environnement intérieur.
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