ابتكارات تبشر بمستقبل أكثر خضرة.. الخرسانة الكربونية بديل أكثر ملاءمة للبيئة

الخرسانة موجودة في كل مكان، وباعتبارها مادة البناء الأكثر استخدامًا في العالم، تُشَكِّل الجسور والمباني والطرق وغيرها من البنى التحتية.

لكن الخرسانة، ومكونها الرئيسي، الأسمنت، مسؤولان عن حوالي 8% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم.

لو كانت صناعة الأسمنت دولة، لاحتلت المرتبة الرابعة من حيث انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، بعد الصين والولايات المتحدة والهند.

والآن، يمكن لبحث علمي جديد أجراه مهدي خان زاده، الأستاذ المساعد في الهندسة المدنية والبيئية في كلية الهندسة، بجامعة تيمبل، فيلادلفيا، بنسلفانيا الأمريكية، أن يساعد في توسيع نطاق استخدام الخرسانة الكربونية، وهو بديل أكثر ملاءمة للبيئة للخرسانة.

معالجة القيود

قال خان زاده: “لا تُستخدم الخرسانة الكربونية إلا في كتل الخرسانة متعددة المراحل، وهي تُمثل قطاعًا محدودًا جدًا من صناعتنا”.

وأضاف: “إذا استطعنا معالجة القيود من خلال الطريقة التي نقترحها، فسنتمكن من فتح الباب أمام تطبيق أنظمة الكربون في قطاع صناعتنا بشكل أوسع بكثير”.

إن الطرق الحالية لإنتاج الخرسانة القابلة للكربون تجعل من الصعب تحقيق مادة عالية القوة والمتانة، ولهذا السبب يتم استخدام الخرسانة القابلة للكربون في المقام الأول لإنتاج كتل الخرسانة المدعمة (المعروفة أيضًا باسم كتل الخبث)، ومواد البناء الصغيرة الأخرى غير الحاملة للأحمال.

نتائج ثورية

وفي أحدث أبحاثه، تناول خان زاده هذه القيود، وقدم نتائج ثورية قد تؤدي يومًا ما إلى استخدام هذه المادة على نطاق أوسع في البناء.

تم نشر الورقة البحثية، “كشف القيود المعتمدة على العمق للمعالجة الخارجية بثاني أكسيد الكربون في المواد الأسمنتية الكربونية باستخدام الهلاميات المائية المشبعة بالمحلول الأنزيمي”، في مجلة ACS Sustainable Chemistry & Engineering.

الخرسانة المكربنة

تُصنع الخرسانة التقليدية من خلال تفاعل بين الإسمنت والماء، ويُسمى الترطيب.

أما في الخرسانة المكربنة، فيتفاعل الإسمنت مع ثاني أكسيد الكربون بدلاً من الماء في عملية تُسمى الكربنة.

تمتص هذه العملية ثاني أكسيد الكربون في المادة، مما يجعلها أكثر استدامة من الخرسانة التقليدية.

كما تستخدم الخرسانة المكربنة نوعًا مختلفًا من الإسمنت، يتطلب طاقة أقل لإنتاجه وينتج انبعاثات أقل من ثاني أكسيد الكربون .

كلما تم امتصاص ثاني أكسيد الكربون بشكل أعمق في الخرسانة (أي الكربنة المنتظمة على العمق)، أصبحت أقوى وأكثر متانة، ولكن الطرق الحالية لإنتاج الخرسانة القابلة للكربنة حققت عمق كربنة محدود.

طوّر خان زاده طريقة جديدة لإنتاج الخرسانة القابلة للتفحيم، تُسمى المعالجة الداخلية والخارجية بثاني أكسيد الكربون، والتي تزيد من عمق التكربن.

زيادة الأداء الميكانيكي والمتانة

تُظهر الاختبارات الأولية، أن الخرسانة المصنوعة بهذه الطريقة تتمتع بزيادة في الأداء الميكانيكي والمتانة بنسبة 80%-100% مقارنةً بالخرسانة القابلة للتفحيم الحالية.

وقال خانزاده “نأمل أن نتمكن من خلال استخدام هذه العملية من الانتقال من استخدام الخرسانة الكربونية فقط للكتل والأرصفة إلى استخدام هذه المادة بدلاً من ذلك في العوارض والأعمدة واسعة النطاق”.

يعمل خان زاده على هذا البحث منذ عام ٢٠٢١، بدأ بإنتاج أنظمة خرسانية صغيرة الحجم ومبسطة قابلة للكربون، بدءًا بالمحاليل ثم تطور إلى المعاجين والملاط، في كل خطوة، أجرى خانزاده أساليب توصيف متقدمة واختبارات أخرى لفحص أداء المادة.

وهو يعمل حاليًا على زيادة إنتاج الخرسانة القابلة للكربون باستخدام طريقته، مع الأخذ في الاعتبار تحديات توريد المواد والفعالية من حيث التكلفة والاستدامة .

قال خان زاده” أحاول أن أضع في اعتباري، حتى لو نجح هذا، هل سيكون قابلاً للتطبيق؟ “هل ستكون هذه المادة قابلة للتوسع؟ هذا مهم بشكل خاص لشيء مثل الخرسانة، نستخدمها بكثرة، لذا يجب أن تكون متاحة في كل مكان.”

لا يزال البحث في مرحلة إثبات المفهوم، ويقول خانزاده إنه ستكون هناك حاجة لمزيد من الاختبارات لتحديد متانة المادة على المدى الطويل.

كما يخطط لإجراء اختبارات إضافية لتحديد مدى خلوّ المادة من الكربون، لكنه يأمل أن يساعد بحثه قطاع البناء على التحرك نحو مستقبل أكثر استدامة.