يمكن للأسمنت ذو الكفاءة البيئية أن يمهد الطريق لمستقبل أكثر اخضرارًا

يمثل إنتاج الأسمنت، وهو مكون في الخرسانة، ما يقرب من 8 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية في العالم ، مما يجعله هدفًا مهمًا لأهداف الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

في سبيل هذه الجهود، استخدم مختبر رايس للكيميائي جيمس تور تسخين الجول الفلاش لإزالة المعادن الثقيلة السامة من الرماد المتطاير، وهو منتج ثانوي مسحوق لمحطات الطاقة الكهربائية القائمة على الفحم والتي تستخدم بشكل متكرر في الخلطات الخرسانية، استخدام الرماد المتطاير للفحم المنقى يقلل من كمية الأسمنت المطلوبة ويحسن جودة الخرسانة.

تحسين قوة الخرسانة ومرونتها

في دراسة المعمل، أدى استبدال 30٪ من الأسمنت المستخدم في صناعة دفعة من الخرسانة برماد متطاير من الفحم النقي إلى تحسين قوة الخرسانة ومرونتها بنسبة 51٪ و 28٪ على التوالي، مع تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والمعادن الثقيلة بنسبة 30٪ و 41٪ على التوالي بحسب الورقة المنشورة في مجلة هندسة الاتصالات .

قال المؤلف الرئيسي Bing Deng ، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر Tour: “إن تقليل الانبعاثات من إنتاج الأسمنت مهم جدًا للتخفيف من انبعاثات الاحتباس الحراري العالمية”، “هذه هي الصورة الكبيرة لهذه الدراسة.”

وأشار مهندس الأرز ساتيش ناجاراجايا إلى أن “إنتاج الأسمنت مصدر مهم لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وسيساعد تقليل محتوى الأسمنت في الخرسانة على تقليل الانبعاثات”.

قال تور: “يمكنك استخدام كمية أقل من الخرسانة إذا كنت تستخدم رماد الفحم المتطاير، يحتوي الرماد المتطاير على معادن ثقيلة”، “في كثير من الأحيان، نحاول إصلاح شيء واحد ونفسد شيئًا آخر، في جهودنا لفعل شيء مع هذه النفايات، أي رماد الفحم المتطاير ، كنا نلوث بيئتنا لأن المعادن الثقيلة كانت تتسرب، حملها الماء إلى بيئتنا وتلوث تربتنا على طول الطرق ، وما إلى ذلك ”

كفاءة الأسمنت

750 مليون طن من الرماد المتطاير للفحم

يتم إنتاج ما يقرب من 750 مليون طن من الرماد المتطاير للفحم في جميع أنحاء العالم كل عام.

طور علماء الأرز عملية سريعة وخالية من الماء تعتمد على تسخين الجول السريع الذي يمكن أن يزيل ما يصل إلى 90٪ من المعادن الثقيلة فيه ، مما يجعله أكثر ملاءمة لاستخدام البنية التحتية.

وقال دينج “بشكل أساسي ، نخلط الرماد المتطاير مع أسود الكربون ، لأن الرماد المتطاير لا يوصل الكهرباء ، وأسود الكربون يجعل الخليط موصلًا للكهرباء”. “بعد ذلك ، نضع الخليط بين قطبين من الجرافيت أو النحاس ونستخدم مكثفًا لتزويد العينة بنبضة تيار قصيرة. وهذا الإدخال الحالي يرفع درجة حرارة العينة إلى حوالي 3000 درجة مئوية (5432 فهرنهايت). تتبخر المعادن الثقيلة في تيار متطاير يتم التقاطه بعد ذلك.

وتابع: “باستخدام هذه الطريقة ، يمكننا التخلص من المعادن الثقيلة من رماد الفحم المتطاير بكفاءة عالية جدًا”. “بالنسبة للمعادن الثقيلة المختلفة مثل الزرنيخ والكادميوم والكوبالت والنيكل والرصاص ، فإن كفاءة الإزالة تصل إلى 70٪ إلى 90٪ في ثانية واحدة فقط. هذه عملية تفريغ سريعة للغاية.”

تم عرض تسخين Flash Joule للعمل على تركيبات مختلفة من الرماد المتطاير للفحم الناتج عن احتراق الفحم المستخرج من مواقع جغرافية مختلفة.

قال دنغ “هناك فئتان رئيسيتان من الرماد المتطاير بتركيبات غير عضوية مختلفة ، الفئة C والفئة F”. “لقد وجدنا أن طريقتنا تعمل مع كلا النوعين من الرماد المتطاير للفحم. كما أنها تعمل أيضًا مع النفايات الخطرة الأخرى مثل الطين الأحمر أو بقايا البوكسيت. وهذا يوضح أن العملية يمكن أن تصبح نهجًا عامًا لإزالة التلوث من النفايات الصلبة الصناعية على نطاق واسع.”

قال وي مينج ، باحث ما بعد الدكتوراه في الهندسة المدنية والبيئية في رايس والمؤلف الرئيسي المشارك في الدراسة: “إن الرماد المتطاير للفحم المنقى ليس فقط أفضل للبيئة ، ولكنه يزيد أيضًا من قوة الخرسانة وجودتها”. “لقد وجدنا أنه من خلال استبدال 30٪ من الأسمنت في خليط خرساني بالرماد المتطاير للفحم المنقى ، زادت قوة الانضغاط ومعامل المرونة للمركب بشكل كبير.

وتابع: “هذا مفيد جدًا للهندسة الإنشائية وصناعة البناء لأنه يمكن بناء هياكل أقوى باستخدام قدر أقل من الإسمنت”. “هذا هو السبب في أن هذا البحث ذو قيمة للمهندسين المدنيين .”

تسمح عملية مختبر الجولة بجمع المعادن الثقيلة المتبخرة في غرفة مفرغة بدلاً من إطلاقها في البيئة. علاوة على ذلك ، فإن الطاقة المستهلكة أثناء العملية منخفضة نسبيًا.

وقال منغ “حسبنا أن استهلاك الطاقة يبلغ حوالي 532 كيلووات للطن”. “إذا قمنا بتحويل هذا إلى أسعار الكهرباء في تكساس ، فإنه سيصل إلى حوالي 21 دولارًا للطن. يوضح تحليل دورة الحياة أنه يمكننا بالفعل استخراج قيمة من هذه النفايات.”

قال تور: “إنه فوز كبير للبيئة”. “إنك تقلل الانبعاثات ، ولا ترشح المعادن الثقيلة في هذه العملية.”