الطحالب الدقيقة والحجر الجيري بدلًا من الخرسانة والأسمنت.. حلول عملية لأزمة انبعاثات الكربون

ينتج البشر من الخرسانة أكثر من أي مادة أخرى على هذا الكوكب، الأساس الحرفي للحضارة الحديثة.

الخرسانة قوية ومتينة وبأسعار معقولة ومتاحة تقريبًا لكل مجتمع على هذا الكوكب. ومع ذلك ، فإن صناعة الخرسانة العالمية وحدها مسؤولة عن أكثر من 8 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية – أكثر من ثلاثة أضعاف الانبعاثات المرتبطة بالطيران، تضاعفت هذه الانبعاثات في العقدين الماضيين مع نمو المدن الآسيوية ، واستمرار الطلب في التوسع بمعدل غير مسبوق.

إنها أيضًا واحدة من أصعب الصناعات لإزالة الكربون، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الشركات المصنعة عادة ما تكون شديدة التركيز وتعمل بهوامش ضئيلة، مما يترك القليل للاستثمار في التقنيات التي يمكن أن تقلل الانبعاثات، ومع ذلك، فإن الصعوبة لا تعني بالضرورة المستحيل.

يقوم المهندسون المعماريون والمهندسون والعلماء ومصنعو الأسمنت والخرسانة في جميع أنحاء العالم بفحص وتجريب العديد من الاستراتيجيات والتقنيات الجديدة التي يمكن أن تقلل بشكل كبير من البصمة الكربونية للأسمنت والخرسانة.

فيما يلي عدد قليل منهم ، بما في ذلك أحد فريقي في جامعة كولورادو الذي يعمل عليه : اكتشاف طرق لاستخدام جميع الطحالب الدقيقة الطبيعية لحل أكبر مشكلة انبعاثات للخرسانة – الأسمنت.

لا يشترط أن تكون أسمنت 100٪، السبب الرئيسي وراء تأثير الخرسانة على المناخ هو إنتاج الأسمنت البورتلاندي- المسحوق المستخدم في صناعة الخرسانة.

“حقيقة كيميائية للحياة “

يصنع الأسمنت عن طريق تسخين الحجر الجيري الغني بكربونات الكالسيوم إلى أكثر من 2640 درجة فهرنهايت (1450 درجة مئوية). تتحلل كربونات الكالسيوم إلى أكسيد الكالسيوم، أو الجير الحي، وثاني أكسيد الكربون – وهو غاز دفيئة يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المناخ.

هذا التفاعل الكيميائي، الذي تسميه جمعية أسمنت بورتلاند “حقيقة كيميائية للحياة “، مسؤول عن 60٪ أو نحو ذلك من الانبعاثات المرتبطة بالأسمنت. يأتي الباقي من الطاقة لتسخين الفرن.

تستخدم واحدة من أكثر الاستراتيجيات الواعدة قصيرة المدى لتقليل البصمة الكربونية للخرسانة مواد مثل الرماد المتطاير من محطات الفحم، والخبث الناتج عن إنتاج الحديد، والطين المكلس لاستبدال بعض الأسمنت البورتلاندي في الخلطات الخرسانية. تُعرف هذه المواد باسم المواد الإسمنتية التكميلية .

يمكن أن يؤدي استخدام 20٪ إلى 50٪ من الرماد المتطاير أو الخبث أو الطين المكلس إلى تقليل الكربون المتجسد لمخاليط الخرسانة بنفس النسب المئوية تقريبًا .

الحجر الجيري الأرضي

طريقة أخرى تستخدم كميات صغيرة من الحجر الجيري الأرضي لتحل محل بعض الأسمنت، وأصبحت أفضل الممارسات. بعد اختبارات صارمة ، أعلنت وزارة النقل في كاليفورنيا مؤخرًا أنها ستسمح بمزيج من الأسمنت البورتلاندي والحجر الجيري، المعروف باسم PLC ، في مشاريعها.

مع استبدال الأسمنت بالحجر الجيري بنسبة 5٪ إلى 15٪ ، يمكن لـ PLC تقليل الانبعاثات بنفس المقدار تقريبًا، قاد قرار كاليفورنيا بسرعة ولايات أخرى إلى الموافقة على استخدام PLC .

يدافع العديد من الباحثين الآن عن اعتماد الأسمنت الطيني المكلس بالحجر الجيري، والذي يحتوي على حوالي 55٪ من الأسمنت البورتلاندي ، و 15٪ من الحجر الجيري المطحون ، و 30٪ من الطين المكلس. يمكن أن يخفض الانبعاثات بأكثر من 45٪.

ما يمكن أن تفعله الكهرباء واحتجاز الكربون

بدأت مصانع الأسمنت أيضًا في اختبار تقنيات احتجاز الكربون والأفران الكهربائية لخفض الانبعاثات، لكن التقاط الكربون مكلف ، وتوسيع نطاق التكنولوجيا لتلبية الطلب على صناعة الأسمنت والخرسانة ليس بالأمر السهل.

تواجه كهربة الفرن نفس الحواجز، هناك حاجة إلى تقنيات جديدة واستثمارات رأسمالية كبيرة لتزويد واحدة من أكثر العمليات كثافة في استخدام الطاقة في العالم بالكهرباء.

ومع ذلك ، فإن الوعد بعدم وجود انبعاثات مرتبطة بالاحتراق هو أمر مغري بما يكفي لبعض رواد الأعمال وشركات الأسمنت – بما في ذلك أولئك المهتمين باستخدام الطاقة الشمسية بنسبة 100٪ لإنتاج الأسمنت – الذين يتسابقون لإيجاد حلول قابلة للتطبيق من الناحية التكنولوجية والاقتصادية على نطاق واسع.

الذهاب خالية من الأسمنت ، ربما مع الطحالب

وتتمثل الإستراتيجية الأخرى في إنتاج مواد مكافئة وظيفيًا لا تحتوي على أسمنت بورتلاند على الإطلاق.

يتم إنتاج مواد مثل الخبث المنشط القلوي أو الخرسانة الأسمنتية بالرماد المتطاير عن طريق الجمع بين الخبث والرماد المتطاير أو كليهما بقاعدة قوية جدًا، لقد ثبت أن هذه المواد تقلل انبعاثات الكربون بنسبة 90٪ أو أكثر، وقد لبي معايير الحجم والتكلفة ، لكنها لا تزال تواجه تحديات فنية وتنظيمية.

تتضمن بعض الأمثلة على المنتجات الخرسانية منخفضة الكربون والخالية من الأسمنت البورتلاندي التي اكتسبت قوة جذب في السوق المكونات المعيارية القائمة على ولاستونيت، والكتل الأرضية المضغوطة ومنتجات الأسمنت الحيوي الجاهزة – بما في ذلك المنتجات التي يتم إنتاجها باستخدام الطحالب الدقيقة التي تعمل بالتمثيل الضوئي والتمعدن الحيوي .

الطحالب كوقود حيوي

كما تم استخدام الطحالب كوقود حيوي بديل لتسخين قمائن الأسمنت، كما تم ربط أنظمة زراعة الطحالب بإنتاج الأسمنت لالتقاط الكربون .

بحث فريق في جامعة كولورادو بولدر، في استخدام الحجر الجيري المشتق من الطحالب، لإنتاج الأسمنت البورتلاندي، والذي يمكن أن يساعد في القضاء على 60٪ من الانبعاثات المرتبطة بتصنيع الأسمنت، هذه التكنولوجيا جذابة لأنها تعمل بالتوصيل والتشغيل مع إنتاج الأسمنت التقليدي.

استخدام الخرسانة لقفل ثاني أكسيد الكربون

يقوم المهندسون أيضًا بتجربة حقن ثاني أكسيد الكربون الملتقط في الخرسانة وكذلك استخدام الركام المصنوع من ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الحصى أو الرمل المخلوط بالخرسانة.

ولكن حتى الآن أسفر الحقن عن انخفاضات محدودة في ثاني أكسيد الكربون، ولم يتزايد إنتاج الركام الذي يخزن ثاني أكسيد الكربون بعد .

مشكلة متنامية

في النهاية ، سيحدد الوقت ما إذا كانت هذه التقنيات وغيرها ستفي بوعدها، ما هو مؤكد هو أنه كان هناك حساب عالمي داخل صناعة الأسمنت والخرسانة بأن لديها مشكلة يجب حلها ولا يوجد حل سحري.

قد يتطلب الأمر مجموعة من الحلول المصممة خصيصًا للأسواق المحلية والعالمية لمواجهة التحديات الفورية وطويلة الأجل لمواكبة عدد السكان المتزايد باستمرار والمناخ سريع التغير.