الخرسانة الخضراء.. ابتكار صديق للبيئة على طريق المناخ المستدام

مع التركيز أكثر من أي وقت مضى على الكربون المتجسد في البناء، يتزايد الطلب على مواد البناء منخفضة الكربون.

ولكن ما هي الخرسانة منخفضة الكربون "الخضراء"؟ وكيف يمكن اعتمادها على نطاق أوسع لمساعدة الصناعة على تحقيق أهداف خفض الكربون دون التأثير سلبًا على صناعة الخرسانة؟

الخرسانة التقليدية

ليس من المستغرب أن تكون الخرسانة هي المصدر الأول للكربون المتجسد في المباني، حيث إنها مسؤولة عن 50-85٪ من الكربون المتجسد في أي مشروع بناء، وهي مسؤولة أيضًا عن 8 إلى 11٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية. ومع ذلك فإن الطلب العالمي على الخرسانة يأتي في المرتبة الثانية بعد الماء، وذلك لأن الخرسانة هي أكثر المواد استخدامًا على هذا الكوكب؛ حيث يتم استخدام ثلاثة أطنان سنويًا لكل فرد، فهي 'أساس' المنازل والمباني والمدن وأنظمة النقل في جميع أنحاء العالم. وبالتالي، إذا كانت صناعة الخرسانة دولة، فستكون ثالث أكبر مصدر لانبعاث ثاني أكسيد الكربون بعد الصين والولايات المتحدة.

إنتاج الأسمنت

يتم إنتاج الأسمنت -المكون الرئيسي الذي يعطي الخرسانة قوتها- عن طريق حرق الحجر الجيري في الأفران عند 2300 درجة إلى 3000 درجة فهرنهايت (1,260 درجة إلى 1,650 درجة مئوية). باستخدام الفحم المسحوق أو الغاز الطبيعي كوقود، مما يؤدي إلى إهدار قدر كبير من الطاقة وإطلاق ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الاحتراق، ويؤدي التفاعل الكيميائي الذي ينطوي عليه صناعة الأسمنت إلى إطلاق المزيد من ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي، فإنتاج كل طن من الأسمنت ينتج عنه واحد طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وبالتالي، تُساهم صناعة الأسمنت منفردة بنحو 7% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

• ملتقى الإمارات لتكنولوجيا المناخ.. سلطان الجابر يدعو لدعم تقنيات "التقاط الكربون" ونشر الهيدروجين
• فعاليات الاستدامة في الإمارات.. منصات دولية تعزز جهود مكافحة التغير المناخي

تقنيات الخرسانة الخضراء

في سبتمبر/أيلول 2020 أصدرت الرابطة العالمية للأسمنت والخرسانة تعهدًا بطموح مناخي، يطمح ليس فقط إلى الخرسانة منخفضة الكربون ولكن إلى حيادية الكربون في جميع أنحاء الصناعة بحلول عام 2050. ومنذ ذلك الحين اتجهت العديد من الشركات نحو خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في منتجاتها بطرق مختلفة لإنتاج الخرسانة منخفضة الكربون "الخرسانة الخضراء"، وهي الخرسانة التي تنتج بصمة كربونية أقل تتراوح من الكربون المنخفض إلى حد ما، إلى صفر كربون وسلبي الكربون؛ لتفادي آثار الخرسانة التقليدية. في ضوء ذلك، تعددت محاولات الشركات لإنتاج الخرسانة منخفضة الكربون "الخرسانة الخضراء" كما يلي:

- أثبتت شركة SaltX Technology السويدية للتكنولوجيا الخضراء، أنها تستطيع إنتاج الكلنكر باستخدام الخيارات الكهربائية بالكامل التي يمكن تشغيلها بواسطة مصادر الطاقة المتجددة Electric Arc Calciner: وهو نظام خاص مشابه لمصابيح البلازما المستخدمة على نطاق واسع من قبل شركات صناعة السيارات والشركات المصنعة الأخرى لقطع المعادن. تمرر مشاعل البلازما تيارًا كهربائيًا عبر نفاثة من الغاز الخامل، عادةً النيتروجين أو الأرجون، والتي تؤين الغاز وتسخنه إلى درجات حرارة تزيد عن 20000 درجة مئوية.

- أثبتت شركة HeidelbergCement الألمانية، أنها يمكن أن تصنع الكلنكر عن طريق استبدال الوقود الأحفوري بالهيدروجين، الذي يحترق بدرجة حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية. يتكون الهيدروجين في الغالب من الغاز الطبيعي في الوقت الحالي. ولكن يمكن أيضًا صنعه عن طريق التحليل الكهربائي للماء؛ حيث إنه مع انخفاض أسعار الطاقة النظيفة، أصبح توليد الكثير من الهيدروجين بالكهرباء الخضراء أكثر معقولية، ويمكن أن يقلل فورًا من البصمة الكربونية بنسبة 40 بالمائة.

-أوضح باحثون في جامعة غراتس للتكنولوجيا في النمسا، أنه يمكنهم تقليل البصمة الكربونية لمبنى خرساني بنسبة تصل إلى 50% من خلال استخدام مقياس البناء. طابعات ثلاثية الأبعاد. في هذه الأنظمة، التي جذبت اهتمامًا عالميًا في السنوات الأخيرة كطريقة سريعة وبأسعار معقولة لبناء المنازل وغيرها من الهياكل من المواد المحلية، بواسطة الروبوت ببثق تيارات من الخرسانة الرطبة لبناء الجدران والعناصر الأخرى، طبقة تلو طبقة.

-أعلن فريق من الباحثين في جامعة إكستر في المملكة المتحدة، أنهم استخدموا معلق الجرافين لإنتاج الخرسانة التي كانت أقوى بنسبة 146% من الصنف التقليدي. إذا كان من الممكن إيجاد طرق لإنتاج كميات كبيرة من الجرافين بسعر منخفض بما يكفي لاستخدامه بشكل روتيني - ويعمل الكثير من المجموعات على خفض هذه التكاليف - فإن حسابات الفريق تشير إلى أن المبنى بأكمله المصنوع من الخرسانة سيحتاج فقط حوالي نصف كمية الأسمنت التي يتم بناؤها تقليديًا لتحقيق نفس القوة الهيكلية.

-استخدمت شركة Blue Planet -مقرها لوس جاتوس، كاليفورنيا- ثاني أكسيد الكربون الذي يتم جمعه من مكدس عادم محطات الطاقة لإنتاج الركام الاصطناعي الذي يمكن استخدامه لإنشاء الخرسانة. والميزة هنا، أن ثاني أكسيد الكربون الملتقط من غاز المداخن لا يتطلب عملية التنقية التي تستهلك الكثير من الطاقة ورأس المال، وبالتالي فإنها طريقة فعالة للغاية وتؤدي إلى تكلفة أقل من الطرق التقليدية لالتقاط ثاني أكسيد الكربون؛ حيث يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون من غاز المداخن إلى كربونات (CO3)، والتي تحبس الكربون إلى الأبد. والنتيجة هي خرسانة منخفضة الكربون أو محايدة الكربون أو سالبة الكربون، بنفس السلامة الهيكلية للخرسانة التقليدية.

-ابتكرت شركة CarbonCure Technologies -مقرها في هاليفاكس، كندا- عملية تتضمن إزالة ثاني أكسيد الكربون من صناعة الأسمنت وحقنه في الخرسانة أثناء الخلط، وإخراج بعض من ثاني أكسيد الكربون من الهواء وغرسه بشكل دائم في الخرسانة - ومما يقلل من كمية الأسمنت المطلوبة. حتى الآن، تحقق الخرسانة الكربونية خفضًا صافيًا للكربون بنسبة 5 إلى 7٪ فقط. أقوى ميزة هي توافرها على نطاق واسع في جميع أنحاء أمريكا الشمالية.

- هذا، ويحاول الباحثون إيجاد طرق لخفض تلك الانبعاثات، لكن هذا ليس بالأمر السهل. يمكن للمواد البديلة، مثل الأخشاب المصممة هندسيًا، أن تحل محل الخرسانة في بعض المباني، والتي يمكن أن تقلل من كمية الأسمنت اللازمة لصنع الخرسانة، لكنها لا تحل المشكلة تمامًا. يبحث صانعو الأسمنت أيضًا في التقاط الكربون الذي تنبعث منه مصانعهم وعزله تحت الأرض. ولكن على الرغم من التجارب الصغيرة التي أجريت على محطات توليد الطاقة ومنصات النفط، إلا أن التقاط الكربون لا يزال في الغالب تقنية غير مجربة.

كما يقوم مشغلو الأفران، أيضًا بإلقاء نظرة جديدة على استبدال بعض الأسمنت القائم على الحجر الجيري بمنتجات النفايات الصناعية الغنية بالمعادن. أحد الأمثلة الشائعة الاستخدام، هو "خبث" أفران الصهر من مصانع الصلب، وهو غني بالكالسيوم ويتصلب مثل الأسمنت القياسي عند مزجه مع الماء. وأيضًا الرماد المتطاير من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، والتي لا تتصلب من تلقاء نفسها؛ ولكنها تصلب عند مزجها بالماء والأسمنت القياسي. في كلتا الحالتين، ينتج الأسمنت الناتج الخرسانة التي تكون على الأقل قوية ومتينة مثل الصنف القياسي، مع إمكانية تقليل الانبعاثات بنسبة 15 أو حتى 20%.

ووفقًا للحسابات التقديرية لحجم الانبعاثات الكربونية عندئذ، فإنَّ مثل هذه البدائل والتقنيات المستخدمة في إجراءات صناعة الأسمنت ستقلل من آثاره البيئية، وآثار الخرسانة أيضًا بالتبعية.