مشکل دشوار ساختمان‌ها - سبز کردن بتن

کریس تامپسون، مدیر عامل Citu که در ساخت خانه‌های کم کربن تخصص دارد، می‌گوید: یک سفر زمان به زمان سقوط ویکتوریایی که به طور تصادفی به یک سایت ساختمانی مدرن برخورد می‌کند، می‌تواند تا حد زیادی به کار درست تبدیل شود. به این دلیل که بسیاری از مواد و ابزار برای او آشنا هستند. سازنده ویکتوریایی مطمئناً بتن را    می‌شناخت، که برای مدت طولانی وجود داشته است.

بزرگترین گنبد بتنی غیر مسلح جهان، گنبد پانتئون رم است که تقریباً 2000 سال قدمت دارد. کولوسئوم نیز تا حد زیادی بتنی است.

امروزه ما بیشتر از هر ماده ای غیر از آب از بتن استفاده می کنیم. این بدان معناست که حدود 8 درصد از دی اکسید کربن (CO₂) که در اتمسفر منتشر می­شود، را تشکیل می­دهد. این به­طور قابل توجهی بیشتر از صنعت هوانوردی است که حدود 2.5 درصد از انتشار گازهای گلخانه­ای را تشکیل می­دهد. امّا برخی از شرکت­های بتنی در حال توسعه هستند که تاثیر CO₂ بسیار کمتری دارد. سیتو در حال ساخت دفتر مرکزی خود در لیدز با استفاده از یک بتن کم کربن جدید است که می­گوید انتشار CO₂ را تا 50 درصد در مقایسه با بتن سنتی کاهش می دهد. 70 متر مکعب از آن برای پی­های ساختمان استفاده کرده است.

برخی از ساختمان­ها، مانند این ساختمان در مکزیک، با استفاده از بتن کم کربن Cemex ساخته می­شوند.

این بتن که سال گذشته توسط شرکت Cemex مکزیکی با نام Vertua منتشر شد، یکی از مجموعه‌ پیشرفت‌های اخیر است که به هموار کردن راه برای بتن سبزتر کمک می‌کند. ساخت سیمان که 10 تا 15 درصد بتن را تشکیل می­دهد، فرآیندی کربن فشرده است. سنگ آهک باید تا دمای 1450 درجه سانتی­گراد گرم شود که معمولاً به انرژی از سوخت­های فسیلی نیاز دارد و 40 درصد از CO₂ بتن را تشکیل می­دهد. این اکسید کلسیم (که شما می­خواهید) را از دی اکسید کربن (که مشکل است) جدا می­کند. این اکسید کلسیم بیشتر برای تشکیل سیمان واکنش نشان می­دهد. مقداری را به صورت پودر خرد و مقداری ماسه، شن و آب به آن اضافه می­شود و کریستال­های به هم پیوسته تشکیل می­دهد.

پس چگونه می­توانید همه این کارها را بدون انتشار این همه CO₂ انجام دهید؟

کارن اسکریونر، یک آکادمیک بریتانیایی و رئیس آزمایشگاه مصالح ساختمانی درEcole Polytechnique Fédérale de Lozanne سوئیس، می‌گوید یکی از راه‌ها جایگزینی بیشتر سیمان معمولی با خاک رس داغ و سنگ آهک نسوخته است.

برای مدت طولانی، مردم (فکر می­کنیم، رومی­ها) می­دانستند که می­توان مقداری از سیمان را با خاکستر حاصل از سوزاندن زغال سنگ (یا آتشفشان­ها) جایگزین کرد. یا اخیراً سرباره­های کوره بلند. این امر حتی مقاومت و دوام بتن را بهبود می­بخشد.

پروفسور Scrivener توسط پروفسور Fernando Martirena از کوبا تماس گرفت، او فکر کرد که ممکن است از خاک رس در تولید بتن استفاده شود. بنابراین آنها با هم راهی برای جایگزینی یک قطعه واقعاً بزرگ سیمان معمولی و تولید بتن به همان اندازه قوی پیدا کردند. به گفته پروفسور اسکریونر، این نه تنها به معنای 40 درصد کاهش CO₂ است، بلکه با تجهیزات موجود نیز کار می­کند. و این برای ماده­ای که باید قیمت رقابتی داشته باشد بسیار مهم است.

دو شرکت در سال گذشته شروع به پخت تجاری این محصول به نام LC3 (برای سیمان رسی کلسینه شده با سنگ آهک) کردند.

او می‌گوید: «من فکر می‌کنم سال آینده حدود 10 نیروگاه به بهره‌برداری می‌رسند و واقعاً می‌توانیم بعد از آن شاهد یک پیشرفت صعودی باشیم». او می افزاید: 10 تا 20 درصد کاهش بیشتر در انتشار CO₂می­تواند با یافتن راه­های جدید برای واکنش­پذیرتر کردن سیمان حاصل شود. اغلب مردم برای به دست آوردن استحکام اولیه، بیش از آنچه واقعاً نیاز دارند سیمان می­ریزند. او می­گوید، اما اگر مقادیر بسیار کمی از مواد معدنی دیگر را به جای آن وارد شود، به نظر می­رسد که واکنش­پذیری را نیز افزایش می­دهد.

روش دیگر  که روشی کاملاً متفاوت است، این است که: برای فشرده کردن ذرات شن و سنگ به‌هم، بدون پختن سنگ‌آهک در اکسید کلسیم، امکان‌پذیر است.

دیوید زامپینی، رئیس تحقیقات Cemex، دومین تجارت بزرگ مصالح ساختمانی جهان، می‌گوید این کاری است که Vertua انجام می‌دهد. او توضیح می‌دهد: «این یک ماده چسباننده است که سرشار از آلومینوسیلیکات‌ها (مواد معدنی ساخته شده از آلومینیوم و سیلیکون) می­باشد و ما مواد شیمیایی تولید کرده‌ایم تا آن‌ها را فعال کنیم و واکنشی به نام ژئوپلیمریزاسیون را طی کنیم.

این یک شبکه سه بعدی از مولکول­ها و یک چسب جامد برای گرفتن شن و سنگ در محل تشکیل می­دهد.

اما دکتر زامپینی اذعان می­کند که به اندازه بتن معمولی ارزان نیست. او می‌گوید، باید مشتری را پیدا کنید که واقعاً مشتاق کاهش قابل توجه ردپای CO₂ در ساختمان‌های خود باشد، مانند Citu در لیدز.

شرکت­های سیمان در حال آزمایش برج هایی مانند شکل بالا هستند که CO₂ را می­گیرند.

دانیل رنی، هماهنگ کننده پروژه­ای به نام LEILAC (آهک و سیمان با شدت انتشار کم) می­گوید: رویکرد سوم استفاده از یک لوله فولادی بزرگ است. 60 متر (197 فوت) ارتفاع دارد. می­توانید آن را به کارخانه سیمان موجود اضافه کنید. شما “مواد را از بالا به پایین بیاندازید” و مواد به آرامی در لوله­ای که از بیرون گرم می­شود شناور می­شود.

او می‌گوید: همانطور که CO₂ از ذرات جدا می‌شود، “ما فقط آن را در بالا می‌گیریم، اکسید کلسیم به سمت پایین حرکت می‌کند و به حرکت خود در فرآیند ساخت سیمان ادامه می‌دهد.” این پروژه توسط Calix، یک شرکت استرالیایی که فناوری‌های سازگار با محیط زیست را برای صنعت تولید می‌کند، اداره می‌شود. این شرکت به چگونگی کربن زدایی مصالح ساختمانی دیگر نیز فکر می‌کند.

یک برج آزمایشی کوچک که در سال 2019 ساخته شد، اکنون 5 درصد از تولید کارخانه Lixhe شرکت سیمان هایدلبرگ در بلژیک را به خود اختصاص داده است. این در حدود 25000 تن CO₂در سال جذب می­کند.

در آلمان، در حال ساختن یکی دیگر از کارخانه­ هایدلبرگ در هانوفر هستند، جایی که 20 درصد از کل تولید از طریق فرآیند جدید طی می شود و حدود 100000 تن CO₂ در سال جذب می­کند. دی‌اکسید کربن پس از جمع‌آوری، فشرده می‌شود، در یک بارکش شناور به نروژ حمل می‌شود و در یک مخزن خالی نفت در زیر دریای شمال ذخیره می‌شود.

به طور معمول “90٪ از هزینه‌ها جذب کربن است”، بنابراین این روش فقط هزینه حمل و نقل و ذخیره سازی را کاهش می­دهد.

Claude Loréa، مدیر سیمان از انجمن جهانی سیمان و بتن می گوید: “من 20 سال است که در این صنعت هستم و واقعاً تغییر بزرگی را می­بینم.” او می­افزاید: «چیزهایی که 20 سال پیش رویای آن را می­دیدیم اکنون در حال انجام است». او می‌گوید و سازندگان سیمان قبلاً از سال 1990 انتشار کربن خود را «تقریباً 20 درصد» کاهش داده‌اند که عمدتاً از طریق کارآمد کردن کوره‌ها از نظر انرژی کارآمدتر است.

پروفسور Scrivener می‌گوید با این حال، در حالی که احتمالاً می‌توانیم انتشار کلی CO₂را 60 تا 80 درصد کاهش دهیم، همچنان به مقداری خواهیم رسید که برای ضبط و ذخیره‌سازی نیاز خواهیم داشت.

او می‌گوید همچنین، هیچ فایده‌ای ندارد که به دنبال راه‌حل‌های پیچیده‌ای باشید که فقط در «بعضی از کارخانه‌های بسیار پیچیده در ایالات متحده» استفاده شوند.

حدود 90 درصد از تولید سیمان آینده در خارج از کشورهای ثروتمند OECD انجام خواهد شد. یک مسیر مشخص برای کاهش انتشار کربن بتن به جایگزین هایی نیاز دارد که برای رونق ساختمان های آینده در هند و آفریقا به خوبی و ارزانی کار کنند. بتن ممکن است در رم و بریتانیا متولد شده باشد. اما چین بین سال‌های 2011 و 2013 بیشتر از ایالات متحده در قرن بیستم عمل کرد.