الحد من البصمة الكربونية للخرسانة.. تطبيقات واعدة لإنتاج مواد بناء سالبة الكربون

الخرسانة هي أكثر مواد البناء استخدامًا في العالم، حيث تنتج أكثر من 4 مليارات طن سنويًا.

متانتها وقوتها وتعدد استخداماتها تجعلها مكونًا أساسيًا للبنية التحتية الحديثة، لكن نتاج الأسمنت، المكون الأساسي في الخرسانة، مساهم كبير في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية.

حيث يمثل إنتاج الأسمنت حوالي 8٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، مما يجعله هدفًا رئيسيًا لجهود التخفيف من آثار تغير المناخ، أحد الحلول الواعدة لتقليل البصمة الكربونية للخرسانة هو تنفيذ تقنيات التقاط الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS).

تتضمن تقنية CCUS التقاط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من العمليات الصناعية، مثل إنتاج الأسمنت، وإما استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط لأغراض أخرى أو تخزينه تحت الأرض لمنع انبعاثه في الغلاف الجوي.

هذا النهج لديه القدرة على الحد بشكل كبير من البصمة الكربونية لإنتاج الخرسانة، وكذلك المساهمة في الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ.

التكلفة العالية لالتقاط الانبعاثات

تتمثل إحدى التحديات الرئيسية في تطبيق تكنولوجيا التقاط الكربون وتخزينه في صناعة الأسمنت في التكلفة العالية لالتقاط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

تتطلب تقنيات احتجاز الكربون التقليدية، مثل المذيبات القائمة على الأمين، كميات كبيرة من الطاقة ويمكن أن يكون تشغيلها مكلفًا، أدت التطورات الأخيرة في تكنولوجيا احتجاز الكربون إلى تطوير حلول أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة، على سبيل المثال، طور باحثون في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس (UCLA) عملية جديدة تستخدم هيدروكسيد الكالسيوم لالتقاط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من إنتاج الأسمنت.

هذه العملية ليست فقط أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من الطرق التقليدية ، ولكنها تنتج أيضًا منتجًا ثانويًا قيمًا: كربونات الكالسيوم، والتي يمكن استخدامها كمواد خام في إنتاج الأسمنت، وبالتالي تقليل الحاجة إلى تعدين إضافي للحجر الجيري.

هناك تحدٍ آخر يواجه تطبيق تكنولوجيا التقاط الكربون وتخزينه في صناعة الأسمنت وهو إيجاد مواقع تخزين مناسبة لثاني أكسيد الكربون الذي يتم التقاطه.

في حين أن التخزين الجيولوجي في طبقات المياه الجوفية العميقة أو خزانات النفط والغاز المستنفدة هو طريقة مجربة لتخزين كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون ، فإن توافر مواقع التخزين المناسبة بالقرب من مرافق إنتاج الأسمنت محدود.

لمعالجة هذه المشكلة ، يستكشف الباحثون خيارات تخزين بديلة ، مثل الكربنة المعدنية ، والتي تتضمن تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع المعادن لتكوين معادن كربونية مستقرة.

لا توفر هذه العملية حل تخزين آمنًا لثاني أكسيد الكربون الذي تم التقاطه فحسب ، بل لديها أيضًا القدرة على إنتاج منتجات ثانوية قيمة ، مثل مواد البناء ، التي يمكن استخدامها في إنتاج الخرسانة.

خلق اقتصاد دائري للكربون

بالإضافة إلى التقاط الكربون وتخزينه، يوفر استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط فرصة أخرى لتقليل البصمة الكربونية للخرسانة، على سبيل المثال، يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون في إنتاج الوقود الاصطناعي والمواد الكيميائية ومواد البناء، مما يؤدي بشكل فعال إلى خلق اقتصاد دائري للكربون.

أحد التطبيقات الواعدة هو استخدام ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الخرسانة سالبة الكربون، حيث يتم ربط ثاني أكسيد الكربون كيميائياً داخل مصفوفة الخرسانة أثناء عملية المعالجة، لا يقلل هذا من البصمة الكربونية الإجمالية للخرسانة فحسب، بل يعزز أيضًا خصائصها الميكانيكية ، مما يجعلها مادة بناء أكثر استدامة وعالية الأداء.

لا يزال تنفيذ تقنيات CCUS في صناعة الأسمنت في مراحله الأولى، مع العديد من المشاريع التجريبية والمصانع التجريبية التي تعمل حاليًا في جميع أنحاء العالم، مع اشتداد الحاجة الملحة للتصدي لتغير المناخ، من المتوقع أن يتسارع اعتماد تكنولوجيا التقاط الكربون وتخزينه في صناعة الأسمنت.

من خلال الاستثمار في البحث والتطوير، وتعزيز التعاون بين الصناعة والأوساط الأكاديمية، وتوفير أطر سياسات داعمة، يمكن للحكومات وأصحاب المصلحة في الصناعة المساعدة في دفع الانتشار الواسع لتقنيات CCUS ، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل البصمة الكربونية للخرسانة والمساهمة في جهود التخفيف من تغير المناخ العالمي.