القاهرة : الأمير كمال فرج.

ابتكر باحثون أسمنت مصنوع من نفايات الطعام، الغريب أن الخرسانة الجديدة تتميز بقوة شد وانحناء أكبر بثلاث مرات من قوة الخرسانة العادية.

ذكرت ماريا بارازو روز في تقرير نشره موقع popsci أن "الخرسانة هي ثاني أكثر المواد استخدامًا في العالم. نحن في حاجة إليها لبناء الجسور والمباني والباحات والسلالم وأسطح العمل وغير ذلك - وقد تزايد استخدامها وتضاعف ثلاث مرات في الأربعين عامًا الماضية".

تشتمل مواد البناء الأساسية على الماء، والركام الخشن ، مثل الرمل والحصى، وعامل ربط - حيث يأتي الأسمنت، وهو مننتج ثقيل ومصدر لانبعاثات الكربون بشكل خاص.

وفقًا لوكالة الطاقة الدولية، يعد قطاع الأسمنت ثالث أكبر مستهلك للطاقة الصناعية في العالم، حيث يستهلك 7 % من استخدامات الطاقة الصناعية. كما أنه ثاني أكبر مصدر للانبعاثات الصناعية لثاني أكسيد الكربون، المسؤولة عن 7 % من الانبعاثات العالمية.

تحدث معظم الانبعاثات عندما يتم تسخين المواد الخام، عادةً من الطين والحجر الجيري، إلى أكثر من 2500 درجة فهرنهايت لتصبح مادة الربط فائقة القوة. يتم إطلاق ما يقرب من 600 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من الأسمنت المنتج.

ولكن، الأسمنت "الأخضر" المستدام أصبح شائعًا بشكل متزايد، لا سيما بالنظر إلى البصمة البيئية للأسمنت التقليدي. ظهر مثال حديث من جامعة طوكيو العام الماضي، عندما صنع الباحثان كوتا ماتشيدا ويويا ساكاي الأسمنت من مخلفات الطعام. تم استخدام مخلفات الطعام كمواد حشو في بدائل الأسمنت من قبل، ولكن ماتشيدا وساكاي طورا أول عملية في العالم للأسمنت المصنوع بالكامل من نفايات الطعام.

قضى الثنائي شهورًا في مزج نفايات الطعام بالبلاستيك لتلتصق المواد معًا. أخيرًا، وجدوا التركيبة الصحيحة من درجة الحرارة والضغط لصنع الأسمنت من نفايات الطعام فقط دون إضافات.

باستخدام إستراتيجية "الضغط الحراري" التي تستخدم عادة لصنع مواد البناء من مسحوق الخشب، قاموا بخلط مسحوق بقايا الطعام بالماء، وضغطوه في قالب ساخن إلى 350 درجة فهرنهايت. يقول الباحثون إن قوة الشد أو الانحناء للأسمنت أكبر بثلاث مرات من قوة الخرسانة العادية.

قال ساكاي في بيان صحفي: "كان الجزء الأكثر تحديًا هو أن كل نوع من نفايات الطعام يتطلب درجات حرارة ومستويات ضغط مختلفة". لقد استخدموا أوراق الشاي وقشور البرتقال والبصل وبقايا القهوة والملفوف الصيني، وحتى بقايا الطعام من علب الغداء.

قال ماتشيدا في مقابلة مع وكالة أسوشييتد برس في وقت سابق من هذا الشهر: "أملنا النهائي هو أن يحل هذا الأسمنت محل المنتجات البلاستيكية والأسمنتية، التي لها تأثيرات بيئية أسوأ".

طور المهندسون والباحثون ابتكارات لتقليل البصمة الكربونية للأسمنت والخرسانة لسنوات. في عام 2021، قام علماء من جامعة طوكيو بتجربة لصنع الخرسانة التي تعيد استخدام المنتجات الخرسانية القديمة (والتي غالبًا ما تذهب سدى)، وتسخن المواد في درجات حرارة منخفضة، وتلتقط ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

في عام 2019، اكتشف باحثون من جامعة تايبيه الوطنية للتكنولوجيا في تايوان وإدارة الموارد المائية في الهند أن النفايات الطبيعية من الزراعة وتربية الأحياء المائية يمكن أن تحل جزئيًا محل المواد الخشنة والمواد الملزمة في الخرسانة الخضراء.

يوجد الكثير من البدائل، وعلى الرغم من أن هذه الابتكارات ما زالت في مرحلة مبكرة من تطويرها، إلا أنها تقرب مواد البناء من تحقيق أهداف خفض انبعاثات الكربون.

ولكن عندما يتعلق الأمر بتوسيع نطاق نفايات الطعام لاستخدام الأسمنت في المباني ، يقول سوهان مون، مهندس التصميم الإنشائي في شركة البنية التحتية متعددة الجنسيات Ferrovial ، إنه قد يكون من الصعب إقناع الشركات بإجراء المقايضة.

يقول مون: "إن تغيير كيفية استخدامنا للأسمنت بالكامل يتطلب الكثير من التغييرات الأساسية في صناعتنا". "جميع البنية التحتية موجهة نحو كيفية عمل الأسمنت حاليًا، من كيفية تثبيته إلى كيفية نقله، كل شيء."

يضيف مون أن هذا لا يعني أنه أمر لا يمكن القيام به أو أنه لا يستحق كل هذا العناء. لكن نوعًا واحدًا من التكنولوجيا لن يحل جميع المشكلات في صناعة البناء.

من بين اهتمامات مون أنه يجب على مصنعي الأسمنت وشركات البناء التأكد من أن كل شيء يلبي معايير الأداء والسلامة. تستخدم معظم مشاريع البنية التحتية الكبيرة الخرسانة التي تستخدم حديد التسليح لتقوية الأسمنت. يعمل الأسمنت بمفرده، بدون دعم هيكلي إضافي، مثل الخزف. يمكن للأشياء الخزفية مثل الأحواض والمراحيض التعامل مع الأحمال الضاغطة، لكن السيراميك ليس قويًا مثل الخرسانة.

يقول مون: "في المرة الثانية التي تستخدم فيها قوة القص، مثل أي شد أو ثني، يتحطم [الأسمنت المستخدم بمفرده]". "إنه ليس جيدًا في معالجة التوتر".

لذلك، فإن استخدام الأسمنت الغذائي أو بدائل الأسمنت في الخرسانة لأغراض أكثر تعقيدًا وتتطلب عمليات بناء مكثفة يتطلب اختبارات سلامة ومتانة كبيرة، كما يقول مون. وسيتعين على المنظمات التي تنظم الصناعة والمتعاقدين أنفسهم أن يقتنعوا بقدرتها على البقاء.

قال مون: "نحن منظمون بشكل كبير، وبحق، ولسنا أحرار فيما يتعلق بالمواد التي يمكننا استخدامها". "يمكن أن تكون دورة حياة هذه الهياكل مئات السنين، وهو سؤال مفتوح حول كيفية أداء بعض هذه الأشياء عند تعرضها للبيئة بمرور الوقت. هناك دائمًا هذا الخوف من عدم معرفة كيف سيكون رد فعل شيء جديد. والخرسانة نفسها تحتاج إلى الكثير من الصيانة".

يمكن أن تكون المواد الخضراء باهظة الثمن أيضًا، وهو ما يضيفه موني إلى صعوبة إقناع الشركات باستخدامها. في مشاريع البناء الكبيرة، من الشائع أن ترى المطورين يختارون الخطة الأكثر اقتصادا. لكن التحول إلى الأسمنت الأخضر قد يستحق التكلفة، خاصة عندما يزداد استخدام الخرسانة مع تسريع البلدان النامية لمشاريع البناء، والدول الأخرى تقوم بتحديث البنية التحتية القديمة.

يمكن أن يزيد الإنتاج العالمي للأسمنت بنسبة تصل إلى 23% بحلول عام 2050 ، حسبما أفادت شراكة المهمة الممكنة في خطة العمل الملموس من أجل المناخ. مثلما يُشكِّل الأسمنت والخرسانة بيئتنا المبنية، فإن آثارهما تؤثر أيضًا على مستقبل مناخنا.

ستحتاج صناعة الأسمنت إلى خفض انبعاثاتها السنوية بنسبة 16% على الأقل بحلول عام 2030 لتلبية اتفاقية باريس بشأن معايير تغير المناخ. ولأن الأسمنت والخرسانة سيكونان حاسمين في التنمية المستقبلية، يجادل الباحثون بأن صنع مدخلات المواد للإسمنت سيكون أحد أسرع الطرق لتقليل الانبعاثات والتأثير البيئي.

كتب تشاتام هاوس  Chatham House وهو معهد للسياسات ، في تقرير 2018 صنع تغيير ملموس: الابتكار في الأسمنت والخرسانة منخفض الكربون "نظرًا لإلحاح التحدي والوقت المستغرق تاريخيًا لتطور أنظمة التكنولوجيا، ستكون هناك حاجة إلى دفعة كبيرة لإخراج الجيل التالي من الإسمنت منخفض الكربون من المختبر إلى السوق".

من المؤكد أن نمو المدن وإصلاح البنية التحتية لن يتباطأ في أي وقت قريب. ولكن مع التطورات الجديدة في مواد البناء الأكثر اخضرارًا، لا يجب أن يكون التأثير الكربوني لإعادة إحياء البيئة المبنية بهذه الضخامة.