إنتاج الاسمنت الحيوي من مخلفات المحاصيل الزراعية باستخدام مواد نانونية

كتب : محمد كامل

قطاع البناء أحد القطاعات الرئيسية للتنمية فهو يستهلك الكثير من الطاقة والموارد فهذا القطاع مسؤولاً عن 37% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون و 36٪ من استهلاك الطاقة العالمي في عام 2020، وذلك نظرًا لاتجاه التوسع الحضري المتزايد وتزايد عدد سكان العالم

مما يتطلب الحاجة إلى الأسمنت لتطوير البنية التحتية في السنوات القادمة كما أنه من المتوقع أن يرتفع استهلاك الأسمنت في جميع أنحاء العالم من 4.1جيجا طن سنويًا في عام 2019 إلى 6-13.5جيجا طن سنويًا في عام 2050.

يمثل قطاع صناعة الأسمنت حوالي 6-8 ٪ من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون على مستوى العالم, وتطلق مصانع الأسمنت أيضًا العديد من الغازات الدفيئة الإضافية مثل أكاسيد النيتروجين وأكاسيد الكبريت وغيرها, لذلك هناك حاجة ماسة إلى استبدال الأسمنت لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون.

ومن ثم هناك حاجة للتركيز على هذه التحديات القائمة على الحفاظ على الموارد في قطاع البناء، واستكشاف استراتيجيات مختلفة في إطار إدخال البناء المستدام.

تناولت الباحثة أميرة سيف النصر مصطفى من خلال رسالة ماجستير في العلوم الزراعية تخصص الهندسة الزراعية بكلية الزراعة جامعة القاهرة حول إنتاج الأسمنت الحيوي من مخلفات المحاصيل الزراعية مع إضافة مواد نانونية.

كشفت الباحثة عن أفضل الطرق للتخفيف من ثاني أكسيد الكربون الناتج أثناء عملية تصنيع الأسمنت هو استخدام الأسمنت الحيوي موضحة أن الأسمنت الحيوي عبارة عن مادة بناء خضراء جديدة موفرة للطاقة حيث أظهر استخدام الأسمنت الحيوي العديد من الفوائد البيئية والاقتصادية.

وأشارت الباحثة إلي أن رماد المخلفات الزراعية “الناتج عن الانحلال الحراري”، أثبتت صلاحيتها كمواد أسمنتية تكميلية فإن استخدام هذا الرماد في الخرسانة خطوة حيوية نحو تقليل إنتاج الأسمنت التقليدي وإعادة استخدام رماد النفايات بشكل فعال هذا يرجع في المقام الأول إلى التوافر الفعلي والتكلفة المنخفضة والتفاعل الممتاز لهذا الرماد المتبقي في مزيج الخرسانة.

الحفاظ على الخصائص الهندسية للأسمنت

وتهدف الدراسة التي تمت تحت إشراف د.محمد سامر محسن فؤاد، أستاذ بقسم الهندسة، إلى تعزيز الأسمنت الحيوي المنتج من رماد المخلفات الزراعية باستخدام المواد النانوية، حيث تم إضافة رماد المخلفات الزراعية إلى خليط الأسمنت البورتلاندي لإنتاج الأسمنت الحيوي مع الحفاظ على الخصائص الهندسية للأسمنت الحيوي المنتج، كذلك تعزيز قدرات الربط بين المواد الأسمنتية المختلفة باستخدام المواد النانوية وتحفيز الخلايا البكتيرية لتسريع عملية التعدين الحيوي، مما يؤدي إلى زيادة كمية ومعدل ترسيب كربونات الكالسيوم CaCO3 الذي يسد الشقوق الخرسانية ثم تحسين الخصائص الهندسية التالية للأسمنت الحيوي المنتج: “قوة الضغط” و “قوة الانحناء” و “مقاومة امتصاص الماء”.

أفضل أنواع البكتيريا

توصلت الباحثة إلي العديد من النتائج منها أن أفضل أنواع البكتيريا التي تمت إضافتها إلى الأسمنت الحيوي هي Staphylococcus arlettae كذلك الشقوق تغلق تدريجياً بكربونات الكالسيوم، خلال فترة المعالجة بسبب النمو المستمر ونشاط البكتيريا الموجودة داخل عينات الأسمنت الحيوي مقارنة بعينة الأسمنت البورتلاندي العادي.

واستكملت الباحثة، أن إضافات المواد النانوية من الصفائح النانوية لنتريد الكربون الجرافيتي(g-C3N4 nanosheets) بتركيز 5 مليجرام/لتر مع 10% من قوالح الذرة حققت أعلى جودة للأسمنت الحيوي يليها الجزيئات النانوية من الألومينا (Al₂O₃ NPs) بتركيز 5 مليجرام/لتر مع 10% من قوالح الذرة وذلك مقارنة بجميع المعاملات الأخرى.

أعلى “قوة انضغاط” وأعلى “قوة انحناء”

كما أظهرت النتائج إن إضاﻓﺔ 5 ﻣﺠﻢ/ﻟﺘﺮ من الصفائح النانوية لنتريد الكربون الجرافيتي (g-C3N4 NSs) مع 10% من رماد قوالح الذرة أعطت أعلى “قوة انضغاط” وأعلى “قوة انحناء” لمكعبات المونة البالغة 18 ميجا باسكال و 7.6 ميجا باسكال، على التوالي؛ ونسبة مقبولة لامتصاص الماء (5.42٪) مقارنة بجميع المعاملات الأخرى.

أظهرت هذه المعاملة أن اختبار “قوة الضغط” و “قوة الانحناء”، و “تقليل امتصاص الماء” يعادل 1.67 و 1.26 و 1.21 ضعف معاملة (الأسمنت البورتلاندي العادي).

أداء الشفاء الذاتي على المدى الطويل

وتري الباحثة، أنه من أجل الاستخدام الفعال لرماد الكتلة الحيوية الزراعية في الخرسانة الأسمنتية، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة المركزة في هذا المجال من خلال دراسة تأثير استخدام أنواع أخرى وتركيزات مختلفة من المواد النانوية مع الأسمنت الحيوي، كذلك استخدام وخلط أنواع أخرى، وتركيزات مختلفة من رماد المخلفات الزراعية مع الأسمنت الحيوي ثم استخدام سلالات بكتيرية مختلفة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن أداء الشفاء الذاتي على المدى الطويل يستحق دراسات مستقبلية متعمقة ومنسقة.

تابعنا على تطبيق نبض