خرسانة تمتص الكربون.. ابتكار جديد قد يغير مستقبل البناء عالميًا

يشهد قطاع البناء تطورًا نوعيًا مع نجاح باحثين في تطوير خرسانة جديدة قادرة على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى معادن مستقرة داخل بنيتها، مع الحفاظ على القوة المطلوبة للاستخدامات الإنشائية.

ويمثل هذا الابتكار تحولًا مهمًا في نظرة الصناعة إلى الخرسانة، التي تُعد من أكبر مصادر الانبعاثات الكربونية عالميًا، نحو مادة بناء يمكنها تخزين الكربون بدلًا من إطلاقه.

تُجرى التجارب على كتل وعناصر خرسانية حاملة للأحمال في مدينة كارلسروه جنوب غرب ألمانيا، حيث يتم اختبار قدرة المادة الجديدة على تحمل الضغوط الواقعية في مشاريع إنشائية فعلية.

ويتابع البروفيسور فرانك دين من معهد كارلسروه للتكنولوجيا أداء هذه العناصر، لرصد كيفية احتجاز الكربون داخل الخرسانة أثناء التصلب وتحمل الأحمال.

وأظهرت النتائج الأولية أن الكربون المدمج في البنية المعدنية يظل مستقرًا داخل الخرسانة حتى مع زيادة الأحمال، ما يشير إلى إمكانية تطبيقه عمليًا في البناء.

مشكلة الأسمنت التقليدي

ينبع الأثر البيئي الكبير للخرسانة من مادة «الكلنكر»، وهي المكون الأساسي في الأسمنت البورتلاندي، والذي يتطلب درجات حرارة مرتفعة لإنتاجه، ما يؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.

كما يساهم تحلل الحجر الجيري في إطلاق مزيد من الانبعاثات، ما يجعل صناعة الأسمنت مسؤولة عن نحو 8% من إجمالي الانبعاثات العالمية.

اعتمدت الصناعة لسنوات على مواد بديلة مثل رماد الفحم وخبث الحديد لتقليل الاعتماد على الكلنكر، إلا أن هذه المصادر بدأت في التراجع مع التحول عن الفحم وتغير صناعة الصلب.

هذا التراجع خلق فجوة في سوق مواد البناء منخفضة الكربون، ما دفع الباحثين للبحث عن بدائل جديدة أكثر استدامة.

كيف يتم تخزين الكربون داخل الخرسانة؟

يعتمد المشروع الأوروبي «C-SINC» على استخدام معادن سيليكات المغنيسيوم، التي تتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون عبر عملية تمعدن سريعة، لتحويله إلى كربونات مغنيسيوم مستقرة داخل الخرسانة.

ويمكن أن تستفيد هذه العملية من انبعاثات المصانع الصناعية كمصدر مباشر لغاز ثاني أكسيد الكربون، ما يجعل الخرسانة ليست منخفضة الانبعاثات فقط، بل أيضًا وسيلة لتخزين الكربون.

تشير النتائج إلى أن الكربون بعد تحوله إلى شكل معدني يصبح مستقرًا لفترات طويلة، ما يقلل احتمالات تسربه مرة أخرى إلى الغلاف الجوي.

ويؤكد الباحثون أن هذا الارتباط الكيميائي يجعل من المادة حلًا طويل الأمد مقارنة بأساليب التخزين التقليدية.

دور الذكاء الاصطناعي في تطوير الخلطة

يعتمد تطوير هذا النوع من الخرسانة على نماذج محاكاة وخوارزميات تعلم آلي تساعد في اختيار التركيبات المثلى قبل إجراء التجارب الميدانية.

وتوفر هذه التقنيات الوقت والجهد عبر تقليل عدد التجارب الفاشلة، مع الحفاظ على دقة التوقعات حول الأداء الهيكلي.

رغم التطور العلمي، لا تزال الخرسانة الجديدة تخضع لاختبارات صارمة للتأكد من قدرتها على تحمل الأحمال والظروف المناخية المختلفة دون حدوث تشققات أو تآكل في الهياكل المسلحة.

ويؤكد الباحثون أن أي خلل في التركيبة الكيميائية قد يؤثر على متانة المادة على المدى الطويل، ما يجعل الاختبارات ضرورية قبل التوسع في استخدامها.

يحظى المشروع بتمويل أوروبي يقترب من 4 ملايين يورو، بمشاركة جامعات وشركات متخصصة في صناعة الخرسانة، بهدف تسريع انتقال التقنية من المختبر إلى السوق.

ويعد هذا التعاون خطوة مهمة نحو دمج الابتكار العلمي في خطوط الإنتاج الصناعية.

رغم التقدم، لا تزال هناك تحديات تتعلق بالمتانة، والتكلفة، وملاءمة المادة للمعايير الهندسية الحالية، إضافة إلى ضرورة ضمان توافقها مع أنظمة البناء التقليدية.

مستقبل البناء منخفض الكربون

تشير النتائج إلى أن صناعة البناء قد تكون على أعتاب تحول كبير، حيث يمكن للخرسانة مستقبلًا أن تتحول من مصدر رئيسي للانبعاثات إلى أداة فعالة لاحتجاز الكربون داخل المباني نفسها.