اگر صنعت سیمان یک کشور بود، با حدود 2.8 میلیارد تن، سومین تولیدکننده دی اکسید کربن در جهان بود که تنها چین و ایالات متحده از آن پیشی گرفتند. این بیانیه در گزارش بی بی سی لوسی راجرز در مورد ردپای اکولوژیکی بتن کاملاً تکان دهنده است. سیمان با تولید بیش از 4 میلیارد تن در سال، حدود 8 درصد از انتشار جهانی CO2 را تشکیل می دهد و عنصری کلیدی در تولید بتن، تولید شده ترین محصول در جهان است. برای اینکه ایده ای به شما بدهم، سالانه حدود نیم تن بتن برای هر نفر در جهان تولید می شود که برای ساخت 11000 ساختمان امپایر استیت کافی است. با این اعداد زیاد، آیا راهی برای کاهش این تاثیر وجود دارد؟
برای تولید سیمان، سنگ آهک، خاک رس و ماسه را در کوره های بسیار داغ حرارت می دهند که دمای آن به 1450 درجه سانتی گراد می رسد. این کلینکر را تشکیل می دهد که سپس با گچ و سایر مواد افزودنی مانند پوزولان، سنگ آهک و غیره مخلوط می شود. سیمان 10٪ از مخلوط بتن است. سایر اجزای اصلی عبارتند از: ماسه، شن (دانه های درشت و ریز) و آب. در تولید سیمان، دو فرآیند اصلی وجود دارد که منجر به انتشار دی اکسید کربن می شود. طبق این مقاله توسط Robbie M. Andrew، اولین واکنش شیمیایی مربوط به تولید جزء اصلی سیمان، کلینکر است، زیرا کربنات ها (عمدتا CaCO3 موجود در سنگ آهک) به اکسیدها (عمدتا آهک، CaO) و CO2 تجزیه می شوند. گرم شده است. دومین منبع انتشار گازهای گلخانه ای استفاده از سوخت های فسیلی برای تولید انرژی قابل توجهی است که برای گرم کردن مواد خام تا دمای بیش از 1000 درجه سانتی گراد لازم است.
به عبارت دیگر، در طول تولید بتن، مقادیر زیادی سوخت مصرف می شود (به طور کلی از منابع تجدید ناپذیر مانند کک نفتی، بنزین یا گاز طبیعی) و گازهای آلاینده مختلفی از جمله مونوکسید کربن و دی اکسید منتشر می شود. طبق این مطالعه، «واکنش شیمیایی تکلیس مسئول تقریباً 52 درصد از انتشار CO2 در فرآیند تولید کلینکر است، در حالی که مصرف انرژی مابقی را تشکیل می دهد. (…) با در نظر گرفتن مصرف انرژی، به ازای هر 1000 کیلوگرم کلینکر تولیدی، به طور متوسط تقریباً 815 کیلوگرم CO2 در فرآیند ساخت کلینکر تولید می شود.
می توان مقداری از این تأثیر را کاهش داد. اگر بیشتر انتشار در تولید کلینکر باشد، جایگزینی آن با مواد دیگر می تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند. مواد سیمانی تکمیلی (SCMs) عموماً محصولات جانبی سایر صنایع مانند سرباره تولید فولاد و مس، ماسه ریخته گری از عملیات ذوب فلزات، و خاکستر بادی، خاکستر کف و گچ مصنوعی از تاسیسات برقی هستند. با جایگزینی بخشی از کلینکر با این مواد، بتن ویژگی های جدیدی به دست می آورد که ممکن است در برخی موارد مطلوب باشد، اما عمدتاً توانایی قابل توجهی در کاهش انتشار CO2 نشان می دهد. احتمال دیگر خاکستر آتشفشانی است، جایگزینی برای سیمان که هزاران سال است شناخته شده است و به یونانی ها و رومی ها اجازه می دهد ساختمان هایی چنان مقاوم بسازند که از آن زمان تاکنون در جای خود باقی مانده اند. با حرارت دادن آهک و خاکستر آتشفشانی تا حدود 900 درجه سانتی گراد و سپس مخلوط کردن آن با آب دریا، می توان به ماده ای بسیار قوی و پایدار دست یافت.
اما نوآوری ها می توانند از این هم فراتر بروند. به عنوان مثال، CarbonCure به دنبال کاهش انتشار دی اکسید کربن به روشی بسیار متفاوت است. این استارت آپ کانادایی فرآیندی به نام کانی سازی CO2 را توسعه داده است که شامل تزریق دی اکسید کربن به مخلوط بتن و واکنش آن با یون های کلسیم موجود در سیمان برای تشکیل یک ماده معدنی در اندازه نانو به نام کربنات کلسیم است که در بتن جاسازی شده و آن را مقاوم تر می سازد.
Solidia Tech در حال آزمایش یک دستور العمل سیمانی جدید است که سنگ آهک را با ماده معدنی ولاستونیت جایگزین می کند، که دی اکسید کربن منتشر نمی کند، زیرا نیازی به حرارت ندارد. علاوه بر این، دی اکسید کربن هوا را در طول فرآیند پخت به دام می اندازد و محصولی با انتشار منفی ایجاد می کند. همانطور که این مقاله نشان می دهد، بلوک های سیمانی Solidia به ازای هر 1000 کیلوگرم سیمان استفاده شده در مخلوط، حدود 240 کیلوگرم دی اکسید کربن جذب می کنند. این علاوه بر میزان کمتری از انتشار گازهای گلخانه ای تولید شده در طول تولید بتن است.
BioMason یک استارت آپ کارولینای شمالی با رویکردی متمایز است که بتن بدون سیمان پرتلند یا انتشار دی اکسید کربن تولید می کند. به جای سیمان پرتلند از بیوسمان برای اتصال شن و ماسه استفاده می شود. با ترکیب توده های بازیافتی با میکروب های باسیل زنده، ترکیب کربن و کلسیم را برای ایجاد کریستال های سنگ آهک، بدون نیاز به حرارت، تحریک می کند. در حالی که بتن سنتی می تواند تا 28 روز طول بکشد، Biomason biocement® در کمتر از 72 ساعت رشد به مقاومت نهایی خود می رسد. ماده نهایی تقریباً از 85 درصد گرانیت از منابع بازیافتی و 15 درصد سنگ آهک کشت شده بیولوژیکی تشکیل شده است.
مهندسان دانشگاه لنکستر در بریتانیا با همکاری Cellucomp Ltd انگلستان برای بررسی اثرات افزودن نانوپلاکتهای استخراج شده از الیاف ریشه گیاه برای بهبود عملکرد مخلوطهای بتن کار کردهاند. تحقیقات نشان داده است که بتن های کامپوزیتی گیاهی، ساخته شده از سبزیجاتی مانند چغندر یا هویج، از نظر ساختاری و محیطی عملکردی برتر نسبت به تمام افزودنی های بتن تجاری موجود مانند گرافن و نانولوله های کربنی با هزینه بسیار کمتر دارند. پتانسیل بتن های مرکب گیاهی در توانایی نانوپلاکت ها برای افزایش مقدار سیلیکات کلسیم هیدراته در مخلوط های بتن نهفته است، ماده اصلی که عملکرد ساختاری را کنترل می کند. اثر غیر مستقیم به این معنی است که مقادیر کمتری بتن برای ساخت و ساز مورد نیاز است. نانوصفحات می توانند کیفیت محصول را با کاهش تعداد ترک هایی که در بتن ظاهر می شوند، بهبود بخشند، به جلوگیری از خوردگی و افزایش عمر مواد کمک می کنند. نمونههای بسیار دیگری از شرکتهایی وجود دارد که به دنبال راهحلهایی برای کاهش آلایندهها در تولید سیمان و بتن هستند و این مقاله توسط آکشات راثی با اطلاعات بسیار ارزشمندی در این زمینه بیشتر آنها را پوشش میدهد.
بحران آب و هوا نیازمند راه حل های فوری است و کم کم، صنعت ساخت و ساز شروع به پذیرش مواد جایگزین بیشتری می کند که می توانند به تغییر کمک کنند. سیمان و بتن اهمیت زیادی دارند و راه هایی برای تبدیل اثرات منفی آنها به بهبودهای مثبت برای محیط زیست وجود دارد. اما مقاله نشان می دهد که ساخت بتن به ماده ای کم آلاینده کار بسیار پیچیده ای است که مستلزم صرف منابع و زمان زیادی در تحقیق است. شایان سوال است که آیا بتن در آینده باید به عنوان ماده اصلی صنعت ساختمان باقی بماند یا اینکه آیا می توان به جایگزینی یا ترکیب آن با مواد دیگری که ذاتاً آلودگی کمتری دارند فکر کرد.
