كشفت دراسة جديدة أن استبدال أحد المكونات الرئيسية للخرسانة بالصخور البركانية يمكن أن يخفض انبعاثات الكربون الناتجة عن تصنيع المادة بنحو الثلثين.
لقد منحتنا الخرسانة البانثيون في روما ، ودار أوبرا سيدني ، وسد هوفر ، وعدد لا يحصى من الأحجار المتراصة. تغطي الصخور الاصطناعية مدننا وطرقنا ، وتقوم بمزارع الرياح وصفائف الألواح الشمسية - وسيتم ضخها بالطن في مشاريع البنية التحتية التي تدعمها استثمارات استرداد COVID في الولايات المتحدة وخارجها.
يأتي ذلك بتكلفة باهظة لجهود مكافحة تغير المناخ ، بسبب ذلك أسمنتيعتبر عنصر الربط الممزوج بالرمل والحصى والماء لصنع الخرسانة من أكبر المساهمين الصناعيين في ظاهرة الاحتباس الحراري.
تقول تيزيانا فانوريو Tiziana Vanorio ، الأستاذة المشاركة في الجيوفيزياء بجامعة ستانفورد: "الخرسانة منتشرة في كل مكان لأنها من أكثر مواد البناء ذات الأسعار المعقولة ، ومن السهل التلاعب بها ، ويمكن تشكيلها في أي شكل تقريبًا".
لكن إنتاج الأسمنت يطلق العنان لما يصل إلى 8٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية المتعلقة بالنشاط البشري ، ومن المتوقع أن يرتفع الطلب في العقود القادمة حيث يدفع التحضر والتنمية الاقتصادية تشييد المباني الجديدة والبنية التحتية.
يقول فانوريو: "إذا أردنا خفض انبعاثات الكربون إلى المستويات الضرورية لتجنب تغير المناخ الكارثي ، فنحن بحاجة إلى تغيير الطريقة التي نصنع بها الأسمنت".
الشعاب المرجانية وأصداف الكركند والجمبري فرس النبي
شركة كونكريت2 تبدأ المشكلة بالحجر الجيري ، وهو صخر مصنوع أساسًا من كربونات الكالسيوم. لصنع الأسمنت البورتلاندي - المكون الرئيسي المعجونة في الخرسانة الحديثة - يتم استخراج الحجر الجيري وسحقه وخبزه على حرارة عالية باستخدام الطين وكميات صغيرة من المواد الأخرى في أفران عملاقة. عادةً ما ينطوي توليد هذه الحرارة على حرق الفحم أو أنواع الوقود الأحفوري الأخرى ، وهو ما يمثل أكثر من ثلث انبعاثات الكربون المرتبطة بالخرسانة.
تؤدي الحرارة إلى تفاعل كيميائي ينتج عنه كتل رمادية بحجم الرخام تُعرف باسم الكلنكر، والتي يتم طحنها بعد ذلك في المسحوق الناعم الذي نعرفه باسم الأسمنت. يطلق التفاعل أيضًا الكربون الذي يمكن أن يظل محبوسًا في الحجر الجيري لمئات الملايين من السنين. تساهم هذه الخطوة في معظم ثاني أكسيد الكربون المتبقي2 الانبعاثات من إنتاج الخرسانة.
يقوم فانوريو وزملاؤه الآن بعمل نماذج أولية للأسمنت الذي يقضي على ثاني أكسيد الكربون2- إحباط التفاعل الكيميائي عن طريق صنع الكلنكر مع أ صخرة بركانية الذي يحتوي على جميع اللبنات الأساسية ، ولكن لا يحتوي على الكربون.
بصفتها أكثر مواد البناء استخدامًا على هذا الكوكب ، لطالما كانت الخرسانة هدفًا لإعادة الابتكار. وجد الباحثون والشركات مصدر إلهام لوصفات جديدة في الشعاب المرجانية وأصداف الكركند ونوادي المطرقة الشبيهة السرعوف الروبيان. يقوم البعض الآخر باستبدال الكلنكر جزئيًا بالنفايات الصناعية مثل الرماد المتطاير من محطات الفحم أو حقن ثاني أكسيد الكربون الملتقط في المزيج كوسيلة لتقليص التأثير المناخي للخرسانة.
دعا الرئيس جو بايدن إلى توسيع نطاق التقاط الكربون واستخدام وقود الهيدروجين في تصنيع الأسمنت للمساعدة في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة إلى النصف عن مستويات 2005 بحلول عام 2030.
تخطي الحجر الجيري
يقترح فانوريو التخلص من الحجر الجيري تمامًا والبدء بدلاً من ذلك بصخرة يمكن استخراجها في العديد من المناطق البركانية حول العالم. وتقول: "يمكننا أخذ هذه الصخرة ، وطحنها ، ثم تسخينها لإنتاج الكلنكر باستخدام نفس المعدات والبنية التحتية المستخدمة حاليًا في صناعة الكلنكر من الحجر الجيري".
لا يقوم الماء الساخن الممزوج بالكلنكر منخفض الكربون بتحويله إلى أسمنت فحسب ، بل يعزز أيضًا نمو سلاسل طويلة ومتشابكة من الجزيئات التي تبدو مثل الألياف المتشابكة عند عرضها تحت المجهر. توجد هياكل مماثلة في الصخور التي تم تثبيتها بشكل طبيعي في البيئات الحرارية المائية - الأماكن التي يدور فيها الماء الساخن تحت الأرض مباشرة - وفي الموانئ الرومانية الخرسانية ، التي نجت من 2,000 عام من الاعتداء من المياه المالحة المسببة للتآكل والأمواج الهائلة حيث تنهار الخرسانة الحديثة عادة في غضون عقود.
مثل حديد التسليح الذي يشيع استخدامه في الهياكل الخرسانية الحديثة لمنع التصدع ، فإن هذه الألياف المعدنية الدقيقة تقاوم هشاشة المواد المعتادة.
"الخرسانة لا تحب الشد. يقول فانوريو ، كبير مؤلفي الأبحاث الحديثة حول الهياكل المجهرية في الخرسانة البحرية الرومانية ودور فيزياء الصخور في الانتقال إلى مستقبل منخفض الكربون. يتم الآن تقوية معظم الخرسانة على نطاق واسع باستخدام الفولاذ.
تقول: "تتمثل فكرتنا في تعزيزها على المستوى النانوي من خلال تعلم كيف تعزز الهياكل الدقيقة الليفية الصخور بشكل فعال ، والظروف الطبيعية التي تنتجها".
دروس في الشفاء والمرونة
العملية التي يتصورها فانوريو للتحول صخرة بركانية في الخرسانة يشبه طريقة الصخور الأسمنتية في البيئات الحرارية المائية. غالبًا ما توجد حول البراكين وفوق حدود الصفائح التكتونية النشطة ، تسمح الظروف المائية الحرارية للصخور بالتفاعل بسرعة وإعادة الاتحاد في درجات حرارة لا تزيد عن سخونة الفرن المنزلي ، باستخدام الماء كمذيب قوي.
مثل شفاء الجلد ، تلتصق الشقوق والعيوب في الطبقة الخارجية للأرض معًا بمرور الوقت من خلال التفاعلات بين المعادن والماء الساخن. يقول فانوريو: "كانت الطبيعة مصدرًا كبيرًا للإلهام للمواد المبتكرة التي تحاكي الحياة البيولوجية". "يمكننا أيضًا أن نستمد الإلهام من عمليات الأرض التي تمكن من الشفاء وتضر بالمرونة."
من الطوب والمعادن المطروقة إلى الزجاج والبلاستيك ، لطالما صنع الناس المواد باستخدام نفس القوى التي تحرك دورة صخور الأرض: الحرارة والضغط والماء. تشير العديد من الدراسات الأثرية والمعدنية إلى أن الرومان القدماء ربما تعلموا تسخير الرماد البركاني لأقدم وصفة خرسانية معروفة من خلال مشاهدتها تصلب عند مزجها بشكل طبيعي بالماء.
يقول فانوريو: "لدينا اليوم فرصة لمراقبة التدعيم بعدسة تكنولوجيا القرن الحادي والعشرين ومعرفة التأثيرات البيئية".
تعاون فانوريو مع أستاذ علوم وهندسة المواد ألبرتو سالو لتجاوز تقليد الجيولوجيا إلى معالجة عملياتها من أجل نتائج محددة وخصائص ميكانيكية باستخدام هندسة النانو. يقول ساليو: "لقد أصبح من الواضح أكثر فأكثر أن الإسمنت يمكن هندسته بالمقياس النانوي ويجب دراسته على هذا النطاق أيضًا".
احتضان عيوب الخرسانة
تعتمد العديد من خصائص الأسمنت على الصغر عيوب وعن قوة الروابط بين المكونات المختلفة ، يقول ساليو. تعمل الألياف الدقيقة التي تنمو وتتشابك أثناء تدعيم الصخور المسحوقة مثل شد الحبال ، مما يمنحها القوة. يقول: "نود أن نقول إن المواد تشبه الناس: العيوب فيها هي التي تجعلها مثيرة للاهتمام".
في عام 2019 ، دفع فضول دائم حول الخرسانة القديمة التي رآها بين الأنقاض عندما كان طفلاً نشأ في روما ، ساليو للوصول إلى فانوريو ، التي بدأت رحلتها الخاصة في فيزياء الصخور بعد تجربة ديناميكية قشرة الأرض خلال طفولتها في نابولي. مدينة ساحلية في وسط كالديرا حيث تم هندسة الخرسانة الرومانية لأول مرة.
منذ ذلك الحين ، أصبح Salleo يرى العمل على كلنكر منخفض الكربون مستوحى من العمليات الجيولوجية باعتباره ملائمًا منطقيًا لمشاريع مجموعته المتعلقة بالاستدامة ، مثل الخلايا الشمسية منخفضة التكلفة القائمة على المواد البلاستيكية والأجهزة الكهروكيميائية لتخزين الطاقة.
"التفكير في الكلنكر منخفض الكربون هو طريقة أخرى لتقليل كمية ثاني أكسيد الكربون التي نرسلها في الغلاف الجوي" ، كما يقول. لكنها البداية فقط. "الأرض مختبر ضخم حيث تمتزج المواد في درجات حرارة عالية وضغوط عالية. من يدري كم عدد الهياكل الأخرى المثيرة للاهتمام والمفيدة في نهاية المطاف الموجودة هناك؟ "
المصدر جامعة ستانفورد
كُتب ذات صلة
السحب: الخطة الأكثر شمولاً على الإطلاق من أجل عكس الاحترار العالمي
بول هوكين وتوم شتاير
في مواجهة الخوف واللامبالاة على نطاق واسع ، اجتمع تحالف دولي من الباحثين والمهنيين والعلماء لتقديم مجموعة من الحلول الواقعية والجريئة لتغير المناخ. مائة تقنيات وممارسات موصوفة هنا - بعضها معروف جيدًا ؛ البعض ربما لم تسمع به من قبل. وهي تتراوح بين الطاقة النظيفة وتعليم الفتيات في البلدان المنخفضة الدخل إلى ممارسات استخدام الأراضي التي تسحب الكربون من الهواء. الحلول موجودة وقابلة للحياة اقتصاديًا ، والمجتمعات في جميع أنحاء العالم تعمل حاليًا على تفعيلها بمهارة وتصميم. متاح في أمازون
تصميم حلول المناخ: دليل السياسات للطاقة المنخفضة الكربون
هال هارفي ، روبي أورفيس ، جيفري ريسمان
مع آثار تغير المناخ علينا بالفعل ، فإن الحاجة إلى خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية ليست أقل من إلحاح. إنه تحد شاق ، لكن التقنيات والاستراتيجيات اللازمة لمواجهته موجودة اليوم. يمكن لمجموعة صغيرة من سياسات الطاقة ، المصممة والمنفذة بشكل جيد ، أن تضعنا على الطريق نحو مستقبل منخفض الكربون. أنظمة الطاقة كبيرة ومعقدة ، لذلك يجب أن تكون سياسة الطاقة مركزة وفعالة من حيث التكلفة. نهج مقاس واحد يناسب الجميع لن ينجز المهمة ببساطة. يحتاج صانعو السياسات إلى مورد واضح وشامل يحدد سياسات الطاقة التي سيكون لها أكبر تأثير على مستقبل المناخ لدينا ، ويصف كيفية تصميم هذه السياسات جيدًا. متاح في أمازون
هذا يغير كل شيء: الرأسمالية مقابل والمناخ
بواسطة نعومي كلاين
In هذا يغير كل شيء تقول ناعومي كلاين أن تغير المناخ ليس مجرد قضية أخرى يتم وضعها بدقة بين الضرائب والرعاية الصحية. إنه إنذار يدعونا إلى إصلاح نظام اقتصادي يفشلنا بالفعل بطرق عديدة. يبني كلاين بدقة على كيفية خفض انبعاثاتنا من غازات الدفيئة بشكل كبير ، وهو أفضل فرصة لنا للتخفيف من التباين الفجائي في الوقت نفسه ، وإعادة تخيل ديمقراطياتنا المحطمة ، وإعادة بناء اقتصاداتنا المحلية المدمرة. إنها تعرّض اليأس الأيديولوجي الذي ينكره من ينكرون تغير المناخ ، والأوهام المشينة التي ارتكبها المهندسون الجيولوجيون المحتملين ، والانهزامية المأساوية في الكثير من المبادرات الخضراء السائدة. وهي تدلل على وجه التحديد على السبب الذي يجعل السوق لا تستطيع - ولا يمكنها - إصلاح أزمة المناخ ، ولكنها ستجعل الأمور أسوأ ، مع أساليب استخراج مدمرة للغاية ومدمرة من الناحية البيئية ، مصحوبة برأسمالية كوارث متفشية. متاح في أمازون
من الناشر:
عمليات الشراء على موقع أمازون تذهب لتحمل تكلفة جلبك InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, و ClimateImpactNews.com دون أي تكلفة ودون المعلنين الذين يتتبعون عادات التصفح الخاصة بك. حتى إذا قمت بالنقر فوق رابط ولكنك لا تشتري هذه المنتجات المحددة ، فإن أي شيء آخر تشتريه في هذه الزيارة نفسها على Amazon يدفع لنا عمولة صغيرة. لا توجد تكلفة إضافية عليك ، لذا يرجى المساهمة في هذا الجهد. بامكانك ايضا استخدام هذا الرابط لاستخدامه في Amazon في أي وقت حتى تتمكن من المساعدة في دعم جهودنا.
ظهر هذا المقال أصلا على المنفعة في المستقبل
