تخطي التنقل
العودة إلى Concrete Issues الصفحة الأولى

وضع الخرسانة في منظور بيئي

مصنع الخلط والخلط

بعد الماء، تُعد الخرسانة أكثر الموارد استخداماً على وجه الأرض. ولأنه يُستخدم بكثرة وبكميات كبيرة جداً، فقد خضع للتدقيق الشديد بسبب تأثيره على البيئة. لقد جمعنا هذه الحقائق عن الخرسانة بناءً على الأبحاث والمقابلات مع الخبراء للمساعدة في تأطير النقاش حول تأثيرها على البيئة.

1. الأسمنت والخرسانة مواد منخفضة التأثير في جوهرها

"السبب في أن الأسمنت والخرسانة لهما تأثير كبير هو أننا نستخدمهما بكميات كبيرة. وفي الواقع فإن تأثيرهما أقل بكثير من أي بديل آخر. لذا فإن استبدال الأسمنت أو الخرسانة بمواد أخرى ذات تأثير بيئي أعلى لن يحسن الوضع." وتشير الدكتورة كارين سكريفنر، رئيسة مختبر مواد البناء في مدرسة البوليتكنيك الاتحادية في لوزان، إلى أن

"علينا أن نتذكر أن التأثير الإجمالي من حيث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مرتفع للغاية لأن المواد الخرسانية أو الأسمنتية تشكل أكثر من نصف مواد البناء التي نستخدمها."

دع الآخرين يستمتعون بهذا أيضًا!

2. يتم سداد ثاني أكسيد الكربون المتجسد في الخرسانة في وقت مبكر من عمر المباني الخرسانية بسبب زيادة كفاءة الطاقة.

تُصنع الخرسانة من خليط من الركام والأسمنت والماء والهواء. تحتوي الخلطة الخرسانية النموذجية على ما بين 10-15% من الأسمنت. ووفقًا لمبادرة الخرسانة، وهو مشروع تقوده CEMBUREAU (الرابطة الأوروبية للأسمنت) و BIBM (الاتحاد الأوروبي للخرسانة مسبقة الصب) و ERMCO (المنظمة الأوروبية للخرسانة الجاهزة) و UEPG (الرابطة الأوروبية للركام)، عندما يؤخذ في الاعتبار انبعاث ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء استخراج هذه المكونات ونقلها وتصنيعها، فإن خليط الخرسانة النموذجي يحتوي على ثاني أكسيد الكربون المتجسد في حوالي 50-150 كجم لكل طن. تشير الدراسات إلى أن فترة الاسترداد للمباني الخرسانية يمكن أن تصل إلى 11 عامًا.

3. تستخدم المباني التقليدية 150-200 كيلوواط/ساعة/م2/سنة من الطاقة.

وعلى النقيض من ذلك، يمكن تصميم المباني الخرسانية الحديثة بحيث تستهلك 50 كيلو واط ساعة/م2/سنة أو حتى أقل من الطاقة. وتساهم الخرسانة في زيادة كفاءة استخدام الطاقة بسبب متانتها وإحكامها للهواء وكتلتها الحرارية. يمكن أن تدوم المباني الخرسانية لأكثر من 100 عام. قارن هذا بالمباني المصنوعة من مواد البناء الأخرى التي تدوم 50 عامًا، والتي تحتاج إلى إعادة البناء مرتين لكي تدوم لنفس الفترة الزمنية، ومن السهل أن ترى أن المباني الخرسانية توفر الموارد وتقلل من ثاني أكسيد الكربون المتجسد. كما تحتوي الهياكل الخرسانية على عدد قليل جداً من الوصلات التي تساعد في الحفاظ على المباني محكمة الإغلاق. تسمح الكتلة الحرارية للخرسانة بامتصاص الحرارة وتساعد على منع ارتفاع درجة الحرارة. ثم يتم إطلاق الحرارة المخزنة في المساء عندما يكون الجو أكثر برودة في الخارج. وهذا يحافظ على درجات حرارة الغرفة مستقرة نسبياً على مدار العام، مما يعني الحاجة إلى طاقة أقل لتدفئة الغرف أو تبريدها.

4. يجري حالياً إجراء الكثير من البحوث في مجال الأسمنت الصديق للبيئة.

"يأتي تسعون في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالخرسانة من إنتاج الكلنكر الأسمنتي. والكلنكر هو منتج وسيط أثناء تصنيع الأسمنت البورتلاندي ينتج عندما يتم تسخين الحجر الجيري والألومينيوسليكات مثل الطين إلى درجة حرارة عالية في فرن الأسمنت الدوار. ويشير البروفيسور كريستيان جون إنجلسن، كبير العلماء في SINTEF، وهو معهد أبحاث مستقل في النرويج، إلى أن هناك الكثير من الأبحاث الجارية حاليًا لتطوير أسمنت أكثر مراعاة للبيئة بهدف تقليل محتوى الكلنكر قدر الإمكان في الأسمنت النهائي.

كما طورت الدكتورة سكريفنر وفريقها نوعًا جديدًا من الأسمنت يسمى LC3 (أسمنت الطين المكلس بالحجر الجيري) الذي يمكن أن يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 30 في المائة. يُصنع LC3 من الحجر الجيري والطين منخفض الدرجة المتوفر بكثرة، مما يجعله بديلاً فعالاً من حيث التكلفة لأسمنت بورتلاند لأنه لا يتطلب تعديلات رأسمالية مكثفة على المصانع القائمة.

البروفيسور كريستيان جون إنجلسن، كبير العلماء في SINTEF

البروفيسور كريستيان جون إنجلسن، كبير العلماء في SINTEF

5. الكربنة، وهي عملية طبيعية معروفة منذ آلاف السنين، تسمح للهياكل الخرسانية بامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

"عند إضافة الأسمنت لصنع الخرسانة، تبدأ عملية الكربنة الطبيعية حيث أن الكربنة هي نتاج اجتماع الجير والماء والهواء معًا. وتعتمد سرعة الكربنة على عدد من العوامل، مثل جودة الخرسانة والرطوبة والتشطيب السطحي وغيرها."

ويستشهد بدراسة قام بها فريقه قبل بضع سنوات حول حساب امتصاص ثاني أكسيد الكربون في مخزون المباني النرويجية. "لقد حسبنا أنه على مدى عمر خدمة 100 عام مع مستوى 10 في المائة من الخرسانة المعاد تدويرها أن مستوى ارتداد ثاني أكسيد الكربون كان حوالي 15 في المائة من ثاني أكسيد الكربون المنبعث أثناء إنتاج الأسمنت. ويعتبر هذا رقمًا متحفظًا لأننا لم نرغب في المبالغة في تقدير كمية ثاني أكسيد الكربون التي يتم ربطها من الغلاف الجوي."

يشغل جوسي م اتيلا منصب الرئيس التنفيذي لاتحاد صناعات البناء الفنلندية RT (CFCI)، وهي منظمة ذات مصلحة مشتركة لمقاولي البناء والمقاولين الخاصين وصناعة منتجات البناء. يشارك ماتيلا بنشاط في مشروع "حلول الخرسانة"، وهو مشروع يديره المعهد الفنلندي للبيئة للنظر في إمكانيات الخرسانة كبالوعة للكربون. "نحن نصنع الأسمنت والخرسانة منذ 150 عاماً. لذا فقد أنتجنا الكثير من الهياكل الخرسانية التي تأخذ ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي طوال الوقت. نحن نجري أبحاثًا حول تحديد حجم دور الخرسانة كبالوعة للكربون، ولكن لا يزال البحث في مراحله الأولى."

وتضيف ماتيلا أن الأبحاث التي تُجرى على إمكانات الخرسانة كبالوعة للكربون جارية في جميع أنحاء العالم. فمشروع حلول الخرسانة، على سبيل المثال، هو مشروع بحثي تبلغ تكلفته 1.1 مليون يورو. "هناك الكثير من الاعتبارات التي يجب أن نلاحظها عند الحديث عن الإمكانيات التي توفرها الخرسانة كبالوعة للكربون. ويعتمد ذلك على مجموعة من العوامل. في فنلندا، على سبيل المثال، حيث لدينا مناخ مختلف، نستخدم الخرسانة المقاومة للصقيع، والتي قد تتصرف بشكل مختلف عن الخرسانة المستخدمة في أجزاء أخرى من العالم."

وفقًا لمبادرة الخرسانة، يمكن أن تكون الكربنة ذات أهمية خاصة بعد هدم مبنى خرساني وسحق القطع الخرسانية، عندما تزداد مساحة السطح المعرضة للهواء بشكل كبير.

جوسي ماتيلا هو الرئيس التنفيذي لاتحاد صناعات البناء الفنلندية RT (CFCI)

جوسي ماتيلا هو الرئيس التنفيذي لاتحاد صناعات البناء الفنلندية RT (CFCI)

6. الخرسانة قابلة لإعادة التدوير بنسبة 100 في المائة.

عند حساب الأثر البيئي للخرسانة يجب أن يؤخذ في الاعتبار أيضاً ما يحدث بعد هدم المبنى الخرساني. يمكن إعادة استخدام الخرسانة بسهولة وإعادة تدويرها: يمكن استخدام الركام من المباني المهدمة في تطبيقات غير مجمعة مثل قاعدة الطرق وحتى كركام للخرسانة الجديدة.

"يمكن استخدام الخرسانة الجاهزة الخردة من مصانع العناصر الخرسانية لاستبدال ما يصل إلى خمسة في المائة من المواد لأن الخردة من الإنتاج هي خرسانة عالية الجودة. وأيضًا، نظرًا لأنك تتحكم في وصفة الخرسانة، فمن السهل سحقها واستخدامها مرة أخرى في إنتاج جديد." ويوضح إنجلسن.

7. يكون صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالمنتجات الخرسانية على مدى دورة حياتها أقل مما لو أُخذ في الحسبان انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المنبعثة أثناء إنتاجها فقط.

"هناك ميل للتركيز على ثاني أكسيد الكربون الناتج أثناء تصنيع الخرسانة. يجب علينا أن ننظر إلى العمر الافتراضي للهيكل الخرساني بأكمله للحصول على منظور دقيق لتأثيره البيئي. إن أداء الخرسانة أفضل من مواد البناء الأخرى من حيث كفاءة الطاقة وانخفاض تكاليف الصيانة والعمر التشغيلي الأطول." "وطالما أن المبنى الخرساني تتم صيانته بشكل صحيح، فإنه يدوم إلى الأبد. وطالما أنها قائمة، فإنها ستحتجز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي."

من المهم أن تكون واقعيًا بشأن الملموس

الدكتورة كارين سكريفنر هي كيميائية مواد معروفة بعملها الرائد في مجال المواد الأسمنتية، وهو مجال بحثت فيه لأكثر من أربعة عقود. وهي ترأس مختبر مواد البناء في مدرسة البوليتكنيك الاتحادية في لوزان، حيث تعمل أستاذة متفرغة.

علينا أن نكون واقعيين بشأن الدور الذي تلعبه الخرسانة في حياتنا وكيف يمكننا التخفيف من آثارها على البيئة. الشيء الوحيد الذي نعرفه هو أنه نظرًا لأننا نستخدم الكثير من الخرسانة - فهي تمثل حوالي نصف المواد التي نستخدمها - فلدينا أيضًا فرصة كبيرة لتحسين الأمور. ولتوضيح الأمر، فإننا نصنع حوالي 4 مليارات طن من الأسمنت، وهو ما يعادل حوالي 10 أضعاف هذه الكمية من الخرسانة. إذا تمكنا من إجراء بعض التغييرات في كمية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، على سبيل المثال، عندما تضرب ذلك في كمية المواد التي نستخدمها، يمكن أن يكون لذلك تأثير كبير للغاية.

كان هناك الكثير من النقاش حول ما يمكن فعله لخفض تأثير الخرسانة. وقد اقترح البعض تعديل قدرتها على الكربنة لتمكينها من التقاط المزيد من ثاني أكسيد الكربون. وعلى الرغم من وجود بعض الهامش هناك، إلا أنه سيكون دائمًا مجرد نسبة متواضعة إلى حد ما من ثاني أكسيد الكربون المنبعث. وستكون هناك تطبيقات لا يمكن استخدامها في جميع الحالات.

كما كانت هناك اقتراحات حول صناعة الكتل الخرسانية باستخدام البكتيريا. والحقيقة هي أن القيام بذلك لن يحل أي شيء في الواقع، لأن الكالسيوم الذي تستخدمه هذه البكتيريا يجب أن يأتي من إزالة الكربونات من الحجر الجيري بنفس الطريقة المستخدمة في صناعة الأسمنت. بل قد يزيد الأمر سوءًا لأنك ستحتاج على الأرجح إلى كميات أكبر من الكالسيوم. هناك ميل في وسائل الإعلام، على وجه الخصوص، للتركيز على الأشياء التي تبدو أكثر ابتكارًا مما هي عليه في الواقع.

علينا أن نضع في اعتبارنا أن 90 في المائة من إنتاج الخرسانة يحدث في الاقتصادات الناشئة أو النامية. وعلينا أن نتأكد من أن الحلول التي نتوصل إليها يمكن استخدامها حقًا في هذا المجال. علينا أيضًا أن نكون عمليين. علينا أن نفكر في كيفية تحسين السلسلة بأكملها.

لقد كتبنا تقريرًا قبل عامين لمؤسسة المناخ الأوروبية، حيث قدرنا أنه باستخدام التقنيات المتاحة اليوم فقط، يمكننا خفض الانبعاثات بنسبة تصل إلى 80 في المائة، من خلال تحسين هذه الروابط المختلفة في السلسلة.

المستوى الأول الذي نحتاج إلى العمل عليه هو مستوى الأسمنت. ولهذا السبب قمنا بتطوير LC3، لأنه يمكن أن يؤدي إلى توفير ما بين 30-40 في المائة. ثم ننظر بعد ذلك إلى مستوى الخرسانة. فنحن نهدر كثيرًا ونميل إلى وضع كمية من الأسمنت في الخرسانة أكثر مما نحتاج إليه. يمكننا توفير 40-50 في المائة أخرى على هذا المستوى. ثم ننظر إلى البناء الفعلي. مرة أخرى، نستخدم خرسانة في الهياكل أكثر مما نحتاج إليه ويمكن أن يصل معدل الهدر إلى حوالي 50 في المائة أو حوالي ضعف ما نحتاجه بالفعل. إذا قمت بجمع كل هذه المستويات، فستحصل على تخفيضات كبيرة جدًا لهذه المادة.

نحن بحاجة إلى تنفيذ أشياء عملية أثناء العمل على حلول طويلة الأجل مثل احتجاز الكربون. ولكن علينا أن ندرك مدى إلحاح الموقف. إن صناعة الخرسانة واعية جداً بقضية التدهور البيئي ومن المهم العمل الآن.

د. كارين سكريفنر

د. كارين سكريفنر

اطلب نشرتنا الإخبارية