Строительная отрасль вносит значительный вклад в глобальный экономический рост, но также оказывает существенное воздействие на окружающую среду. Цемент, важнейший компонент в строительстве, занимает второе место по массовому потреблению после воды. Высокий спрос на него привёл к интенсивным производственным процессам, в которых используются большие объёмы природных ресурсов и выделяется значительное количество углекислого газа (CO₂). Производство цемента ответственно за около 5–8% выбросов двуокиси углерода в результате деятельности человека, что составляет почти 3% от мировых выбросов парниковых газов. По мере ускорения урбанизации, роста населения и необходимости обслуживания инфраструктуры ожидается, что потребление этого материала в ближайшие десятилетия увеличится. Одной из новых стратегий решения этой проблемы является изучение использования альтернативных материалов в качестве частичной или полной замены традиционных цементных компонентов. Исследователи начали фокусироваться на агроотходах, таких, например, как зола рисовой шелухи или водного гиацинта, порошок яичной скорлупы, для создания экологически чистого цемента. Эти материалы легкодоступны, экономически эффективны и обладают полезными свойствами, что делает их пригодными для устойчивого строительства.

Исследователи изучили различные отходы агропромышленного комплекса в качестве альтернативных материалов для производства цемента с целью содействия экологически чистому строительству. Общее решение предполагает производство экологического цемента с использованием этих отходов, что потенциально минимизирует воздействие на окружающую среду и улучшает механические свойства получаемого цемента. Однако эффективность и жизнеспособность использования таких материалов зависят от комплексных исследований для характеристики их свойств и оценки их производительности в производстве цемента. Зола рисовой шелухи, богатая кремнезёмом (SiO₂), была определена, как подходящая добавка из-за её высокой пуццолановой активности и потенциала для повышения прочности цемента на сжатие. Частичная замена (5–15 %) речного песка на золу в объёме всего раствора цементной смеси, привела к увеличению прочности бетона на сжатие до 10%, что указывает на эффективность использования этой биодобавки. Кроме того, такая замена значительно снизила теплопроводность, тем самым способствуя энергоэффективному строительству.

Яичная скорлупа представляет собой биоотходы, содержащие карбонат кальция (CaCO₃), которые также исследовались на предмет полезности применения в качестве связующего вещества при производстве цемента. После термообработки эта субстанция может выделять оксид кальция (CaO), который при использовании в цементном растворе (от 5% до 15%), усиливает антибактериальные свойства полученного композита. А при добавлении в 20% значительно улучшает его прочность. Зола и пепел полученный из водной водоросли Eichhornia crassipes, также показал потенциал в качестве компонента экоцементной смеси. Этот материал известен своим высоким содержанием SiO2 (47,82 %), что способствует прочности на сжатие готового бетона. Даже сами водоросли можно высушивать в печи и использовать в качестве связующего в прессованных блоках, улучшая такие свойства, как пористость и теплопроницаемость.

Не только эти, но и другие виды агротехнических отходов могут быть интегрированы в производство цемента. Они не только сокращают потребление природных ресурсов, но и улучшают определённые свойства цемента, способствуя разработке экологически чистых строительных материалов. Однако остаётся необходимость в более комплексном анализе того, как эти биоотходы взаимодействуют при смешивании в различных пропорциях в цементных составах. Долгосрочные характеристики строительных материалов в условиях воздействия стрессовых факторов окружающей среды являются ключевым фактором для реальных применений. Двумя основными факторами, влияющими на долговечность, являются циклы «намокания-высыхания» и «замораживание-оттаивание». Например, включение золы рисовой шелухи усиливает пуццолановые реакции, предоставляя реактивный кремнезём, который способствует образованию вторичного геля гидрата силиката кальция (C–S–H). Этот гель уплотняет микроструктуру и улучшает устойчивость к проникновению воды, тем самым увеличивая долговечность в этих двух обозначенных циклах. А добавление дополнительных материалов в смесь (таких, как красный песчаник или известняк), могут ускорить гидратацию и обеспечить центры зародышеобразования для продуктов гидратации, что приводит к улучшенной микроструктуре и повышенной механической прочности.

Синергетический эффект между известняком и пуццолановыми материалами, который усиливает образование фаз эттрингита (AFt) и гидрата алюмината кальция (CAH), можно аналогичным образом ожидать в случае биодобавок в экоцементе. Этот эффект помогает улучшить стабильность продуктов гидратации при циклах замораживания-оттаивания, потенциально снижая микроструктурную деградацию. Кроме того, уплотнение под высоким давлением увеличивает плотность, делая их менее восприимчивыми к повреждениям. Но наблюдается отсутствие комплексных исследований, оценивающих комбинированное воздействие других подобных материалов на физические и химические свойства строительных бетонных конструкций. Сейчас химики-технологи строительной отрасли с помощью высокопроизводительных серверов просчитывают эффекты от добавления в смеси различных нанокомпозитов нового поколения, чтобы сделать процессы производства экологического цемента со свойствами, сопоставимыми или превосходящими обычный.

Присутствие ключевых элементов, таких как SiO2 , Al2O3, MgO и Fe2O3, поддерживает образование необходимых соединений для гидратации цемента и развития прочности. С научной точки зрения химический состав, выявленный с помощью анализа рентгеновской флуоресценции, подтверждает гипотезу о том, что биологические отходы могут использоваться для производства экологически чистого цемента с повышенными прочностными свойствами. Внедрение новых добавок не только минимизирует выбросы вредных веществ при производстве, но и способствует переработке сельскохозяйственных отходов. Основная цель включения материалов, полученных из таких отходов, заключается в снижении выбросов углерода, посредством замены части клинкера, который отвечает за большую их часть. Добавки в бетонные смеси, полученные из агроотходов, улучшают долговечность строительных конструкций, особенно в средах, подверженных воздействию сульфатов и проникновению хлоридов, что делает его пригодным для использования в агрессивных условиях окружающей среды.