رقاقات في السماء: المواد الجديدة التي تأخذنا وراء الكونكريت (أفضل بدائل الخرسانة)
يسمونها الرقاقات: الظهور المفاجئ للمباني العالية التي شيدت بالكامل تقريباً من الأخشاب. ادعى كل من فانكوفر وفيينا وبرومونددال في النرويج مؤخرًا أن لديهم أطول مبنى خشبي في العالم ، والآن أصبحت لطوكيو تصاميمها الخاصة على اللقب غير الرسمي.
قد يبدو صنع المباني من الخشب فكرة من القرون الوسطى. ولكن هناك مسألة حديثة للغاية تدفع المدن والمهندسين المعماريين إلى اللجوء إلى الأخشاب المعالجة كمصدر مثل تغير المناخ.
تعتبر الخرسانة ثاني أكثر المواد استخدامًا في الاقتصاد العالمي ، بعد الماء – وواحد من أكبر المصادر الفردية لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري في العالم. تنطوي العملية الكيميائية التي يتم من خلالها إنشاء الأسمنت ، المكون الرئيسي للخرسانة ، على كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون.
تقدر الأمم المتحدة أنه سيكون هناك 9.8 مليار شخص يعيشون على هذا الكوكب بحلول منتصف القرن. سوف يحتاجون إلى مكان للعيش فيه. إذا كانت الخرسانة هي الحل الوحيد لبناء مدن جديدة ، فسوف ترتفع انبعاثات الكربون ، مما يؤدي إلى تفاقم الاحترار العالمي.
وهكذا بدأ العلماء والبنائين في الابتكار مع مواد أخرى ، في محاولة لتغيير بدائل سلعة عالمية عززت حياتنا الحديثة لقرون.
النتائج الإجمالية
تكمن مشكلة استبدال الخرسانة في أنها جيدة جدًا فيما تقوم به. يقول كريس تشيزمان ، أستاذ هندسة موارد المواد في جامعة إمبريال كوليدج في لندن ، [highlight color=”yellow”]إن الشيء الرئيسي الذي يجب مراعاته هو المدى الواسع الذي يتم فيه استخدام الخرسانة في جميع أنحاء العالم ، ومن المرجح أن يستمر استخدامه.[/highlight] “الخرسانة ليست منتجًا عالي الكربون. الاسمنت عالي الكربون ، لكن الخرسانة ليست كذلك. لكن المقياس الذي يستخدمه يجعله عالي الكربون. الحجم الهائل للصناعة ضخم للغاية ، هذه هي القضية. “
تضاعف الإنتاج العالمي للأسمنت خلال 15 عامًا
لا تتوفر المواد الخام للخرسانة فقط بثمن بخس وبوفرة في معظم الأماكن في جميع أنحاء العالم ، ولكن المواد نفسها لها خصائص رائعة: اسمنت بورتلاند ، المكون الحيوي للخرسانة ، قابل للفساد وقابل للتغيير ، ولكنه سريع التحمل.
يلاحظ Cheeseman أيضًا ميزة أخرى: تتمتع الخرسانة والصلب بخصائص تمدد حراري متشابهة ، لذلك يمكن استخدام الفولاذ لتعزيز الخرسانة ، مما يجعله أقوى بكثير وأكثر مرونة كمواد بناء مما يمكن أن يكون بمفرده. يمكن إعادة تدوير الفولاذ المستخدم ، مما يقلل من تأثيره على الكربون ، لكن Cheeseman يقول إنه من الصعب التغلب على مزيج الصلب والخرسانة – مما يعطي قوة هائلة للمباني ، في حين أنه قابل للتشكيل ويتوفر على نطاق واسع. إنها أشياء رائعة. سيكون صنع أي شيء له خصائص مماثلة أمرًا صعبًا للغاية.
استخدام الخشب ، على سبيل المثال ، ليس سهلاً. يمتص الخشب الرطوبة من الهواء ويكون عرضة للعفن والآفات ، ناهيك عن الحريق.
لكن معالجة الخشب والجمع بينه وبين مواد أخرى يمكن أن يحسن خصائصه. الخشب الرقائقي المتقاطع عبارة عن خشب مصمم هندسيًا ، ومصنوع من طبقات الإلتصاق من الأخشاب المنشورة معًا ، بالعرض ، لتشكيل كتل البناء. هذه المواد خفيفة الوزن لكنها قوية مثل الخرسانة والفولاذ ، ويقول خبراء البناء إنه يمكن أن يكون أكثر تنوعا وأسرع في العمل من الخرسانة والصلب – وحتى ، على ما يبدو ، أكثر هدوءا.
Stora Enso هي أكبر مورد في أوروبا للأخشاب المرققة ، ويذكر ماركوس مانستروم ، نائب الرئيس التنفيذي للمواد الحيوية ، أن الشركة تشهد زيادة في الطلب على الصعيد العالمي للبناء في الخشب ، مع تغيّر المناخ الذي يُشكِّل الدافع الرئيسي. كانت بلدان الشمال الأوروبي ، حيث يوجد مركز Stora Enso ، بمواردها الضخمة ، رائدة في هذا المجال ، لكن الشركة تشهد طلبًا متزايدًا في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك في آسيا. يزرع شجرتان أو ثلاث أشجار لكل شجرة مستخدمة ، مما ساهم في مضاعفة معدل الغطاء الحرجي في السويد في القرن الماضي. وبطبيعة الحال ، فإن استخدام الأخشاب في مبنى يحبس الكربون الذي امتصه أثناء نموه.
حتى الخشب المعالج ، ومع ذلك ، لديه قيود. في النرويج ، من المخطط أن يكون مبنى Mjøstårnet أطول مبنى في العالم بإطار خشبي. سوف يرتفع طوله 88 مترًا مع 18 طابقًا ، وسيتم استخدامه للمكاتب وغرف الفنادق والشقق. قد لا تحمل Mjøstårnet تاجها لفترة طويلة ، إذا تم المضي قدمًا في مشروع في اليابان ، W350: يصل إلى 70 طابقًا ، ويكون مصنوعًا من الخشب بنسبة 90٪. لكنها لا تزال في المراحل الأولى من التخطيط.
فقط عندما يتم إثبات هذه المفاهيم في الممارسة العملية ، سيكون من الممكن رؤية الخشب كبديل واسع الانتشار للخرسانة في بناء المباني الشاهقة.
أمثلة الخرسانة
الرماد المتطاير هو بديل ممكن. إنه ناتج ثانوي لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بحرق الفحم – الأسطوانات ، الأجزاء غير المحترقة من الفحم التي كان يُسمح لها بالتشتت في الهواء ، أو السقوط في قاع مداخن محطة الطاقة ، ولكن يتم جمعها في محطات الطاقة الحديثة بدلاً من ذلك. يمكن دمجها في الخلطات الخرسانية لتشكيل ما يصل إلى 15 ٪ إلى 30 ٪ من الأسمنت ، دون الإضرار بقوة أو متانة الخليط الناتج.
إذا كانت الخرسانة دولة ، فستكون ثالث أكبر انبعاثات للكربون في العالم
يمكن أيضًا استخدام منتج ثانوي لصناعة ومعالجة خام الحديد ، وهو خبث الأفران المتفحمة الحبيبية ، بطريقة مماثلة. يتم دمج هذا في الخلطات الخرسانية ، ولديه القدرة على الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
لكن آنا سورجينور ، كبيرة مستشاري الاستدامة في مجلس المباني الخضراء بالمملكة المتحدة ، والتي تشارك حاليًا في تثقيف أعضاء صناعة البناء والتشييد حول توفر بدائل الأسمنت ، تشير إلى أنه على الرغم من أن هذه النفايات يمكن أن توفر الكربون في مزيج الخرسانة ، إلا أن استخدامها ليس دائمًا مباشر.
“من الممكن استبدال محتوى الأسمنت في الخرسانة بمنتجات النفايات – يمكن للأصل المدمج أيضًا استخدام مواد بديلة [مثل الأخشاب] في البناء لتقليل التأثير الكلي للكربون. [highlight color=”orange”]ولكن هناك العديد من العمليات الحسابية التي يجب مراعاتها خلال دورة حياة المبنى بأكملها – وتشمل هذه العوملة حيث يتم شحن هذه المواد.[/highlight] إذا تم نقلها عبر مسافات طويلة ، باستخدام الوقود الأحفوري ، فقد لا يكون استخدام المواد البديلة منطقيًا من منظور الحد الشامل للكربون “.
الرماد المتطاير من الفحم والخبث من خام الحديد وفيرة في بعض المناطق التي تشتد الحاجة إليها للخرسانة ، بما في ذلك البلدان النامية بسرعة مثل الصين والهند. لكنها ثقيلة وهذا يعني أن نقل مسافات طويلة لا يقتصر على الكربون فحسب ، بل إنه مكلف أيضًا.
مواد أخرى مطروحة لها إيجابيات وسلبيات. لا يتوفر سيليكات المغنسيوم على نطاق واسع مثل كتل البناء من الخرسانة ، على سبيل المثال ، مما يحد من جاذبيتها. وفقا لتشيسمان ، فإن طين الكالسيت يبشر بالخير ، لكنه لن يقلل من الانبعاثات الملموسة إلا بحوالي الثلث ، ولكن ليس بحل شامل.
الجَزَر والقصب
توصلت الأبحاث في جامعة لانكستر إلى أن إضافة جزيئات الخضروات – نعم ، الجزر أو بنجر السكر – يمكن أن يعزز الخرسانة مع تقليل حجم الأسمنت المطلوب. ويجري عمل مماثل مع الخيزران والألياف الأخرى.
الجرافين ، مادة عجب اخترعت في المملكة المتحدة في أوائل هذا القرن ، بدأت تلعب دورها أيضًا. استخدم الخبراء في جامعة إكستر الجرافين في البناء الخرساني لإنشاء مادة مركبة جديدة تبلغ ضعف قوة الخرسانة التقليدية وأربعة أضعاف مقاومة الماء. ووصفت مونيكا كراسيون ، أستاذة علم النانو في قسم الهندسة بالجامعة ، المادة الجديدة بأنها “مُبدِّل لعبة مطلق” ، والعمل مستمر على كيفية تطويرها.
في حين أن هذه التقنيات كلها أفكار واعدة ، فهي إما مكلفة أو غير مثبتة أو قائمة على مواد غير وفيرة. قام Thinktank ، المعهد الملكي للشؤون الدولية في Chatham House ، بتقديم نظرة عامة حول الابتكار في الصناعة في العام الماضي ، والذي توصل إلى نتيجة قاتمة: “تمت مناقشة بعض الاسمنت الجديد لأكثر من عقد من الزمان داخل مجتمع البحث ، دون أن تتفكك. في الوقت الحالي ، نادراً ما تكون هذه البدائل فعالة من حيث التكلفة مثل الأسمنت التقليدي ، وتواجه نقصًا في المواد الخام ومقاومة من العملاء. “
نظرًا للتباطؤ في تناول البدائل للخرسانة وقيودها ، تحول الانتباه إلى حلول مثل احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه ، أو حتى استخدامه.
تقوم شركة CarbonCure الكندية بإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون في منتجاتها. يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون المسال من العمليات الصناعية وحقنه في الخرسانة أثناء صنعه ، مما يساعد في عملية دمج الأسمنت. قامت الشركة حتى الآن بتخفيض انبعاثات الكربون من خلال منتجاتها أي ما يعادل تقريبًا سحب حوالي 5000 سيارة من الطريق.
هذا المقال جزء من سلسلة حول الحلول الممكنة لبعض أكثر مشكلات العالم عنادا. ماذا يجب أن نغطي؟ راسلنا عبر البريد الإلكتروني على anmar@alnaqeeb.me
