بتن، ماده‌ای که در بسیاری از سازه‌های مدرن به کار می‌رود، تأثیری گسترده بر زندگی روزمره و پیشرفت زیرساخت‌ها داشته است. اما در پس این موفقیت، هزینه‌ای زیست‌محیطی نهفته است. فرآیند تولید سیمان، یکی از اجزای اصلی بتن، هر ساله میلیاردها تن دی‌اکسید کربن وارد جو می‌کند و صنعت سیمان را به یکی از بزرگ‌ترین آلاینده‌های کربنی جهان تبدیل کرده است.
حال سوال این است که آیا می‌توان بدون به خطر انداختن کیفیت و هزینه، از تأثیرات زیست‌محیطی سیمان کاست؟ چگونه فناوری‌های جدید می‌توانند این صنعت پرچالش را متحول کنند؟ در این مقاله، به بررسی نقش فناوری‌های پیشرو مانند سولیدیا و CarbonCure در کاهش اثرات کربنی صنعت سیمان می‌پردازیم و چالش‌های پیش روی این فناوری‌ها را مرور خواهیم کرد. اگر به دنبال درکی جامع از تأثیرات کربنی سیمان و تلاش‌های جهانی برای کاهش آن هستید، این مطلب را از دست ندهید.
تأثیرات کربن حاصل از تولید سیمان در مراحل تولید بتن
تولید سیمان یکی از آلوده‌کننده‌ترین صنایع کربنی در جهان است. سوال اصلی اینجاست: آیا فرآیندهای تولیدی سازگار با محیط زیست می‌توانند به کاهش این آلودگی کمک کنند؟
در یکی از روزهای ماه ژوئیه، در مرکز آزمایشی خارج از پاریس، گروهی متشکل از دانشمند، مهندس و معمار، با تجهیزات ایمنی، عملکرد دستگاهی را مشاهده کردند که مخلوطی آبکی و خاکستری را به بلوک‌هایی هم‌اندازه آجر تبدیل می‌کرد. در همین حین، اپراتوری با لیفتراک، بلوک‌ها را با دقت درون محفظه‌ای برای پخت قرار می‌داد.
این آزمایش به فناوری سولیدیا تعلق داشت، شرکتی مستقر در نیوجرسی که امیدوار است روش تولید بتن را متحول کند. این شرکت با تغییر ترکیب شیمیایی سیمان و اصلاح فرآیند پخت آن، می‌تواند هزینه تولید را کاهش داده و انتشار گازهای کربنی مرتبط با این صنعت را به میزان قابل توجهی کم کند.
سیمان؛ صنعت آلاینده کربنی
صنعت سیمان یکی از بزرگ‌ترین منابع انتشار دی‌اکسید کربن است. در سال ۲۰۱۵، این صنعت حدود ۸ درصد از انتشار دی‌اکسید کربن جهانی را به خود اختصاص داد. اگر صنعت سیمان را به‌عنوان یک کشور در نظر بگیریم، پس از چین و ایالات متحده، سومین منتشرکننده بزرگ گازهای گلخانه‌ای جهان خواهد بود.
رشد تولید سیمان در آینده
انتظار می‌رود تولید سیمان در دهه‌های آینده به دلیل رشد اقتصادی و توسعه شهرنشینی، به‌ویژه در جنوب شرقی آسیا و کشورهای جنوب صحرای آفریقا، افزایش یابد. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، تولید سیمان تا سال ۲۰۵۰ می‌تواند تا ۲۳ درصد رشد داشته باشد.
نقش سیمان در چالش تغییرات آب‌وهوایی و نقش سیمان
این رشد چالشی جدی برای مبارزه با تغییرات اقلیمی است. یک مطالعه در سال ۲۰۱۸ نشان داد که برای تحقق اهداف توافق‌نامه پاریس و جلوگیری از افزایش دمای کره زمین بیش از ۲ درجه سانتی‌گراد، انتشار گازهای گلخانه‌ای سیمان باید تا سال ۲۰۳۰ حداقل ۱۶ درصد کاهش یابد.
با این حال، تحقق این هدف نیازمند استفاده گسترده از فناوری‌های نوین و سیمان‌های کم‌کربن است. اما تولیدکنندگان عمده سیمان که کنترل بازار را در دست دارند، به دلیل هزینه‌های بالا و ریسک‌های ناشناخته، نسبت به تغییر روش‌های تولیدی خود با احتیاط عمل می‌کنند.
بتن، ترکیبی از شن و ماسه است که با سیمان به هم چسبانده می‌شود. این ماده تقریباً در تمامی سازه‌های مدرن به‌کار می‌رود. رابرت کورلند، نویسنده کتاب “سیاره بتن“ می‌گوید: “جامعه امروز بدون بتن غیرممکن است.”
بتن؛ دومین ماده پرمصرف جهان
بتن، پس از آب، دومین ماده پرمصرف در جهان است. طبق گزارش فدراسیون صنعت سیمان استرالیا، هر انسان به‌طور متوسط سالانه سه تن بتن مصرف می‌کند.
اما همین فراوانی، بتن را به یکی از بزرگ‌ترین آلاینده‌های محیط زیست تبدیل کرده است. فرآیند تولید سیمان پرتلند که رایج‌ترین نوع سیمان است، به‌تنهایی منجر به انتشار بیش از ۱۰۰۰ پوند دی‌اکسید کربن به ازای هر تن سیمان می‌شود.
فرآیند تولید سیمان
فرآیند تولید سیمان شامل مراحل زیر است:
- خرد کردن سنگ‌آهک و ترکیب آن با مواد اولیه دیگر.
- حرارت‌دهی در کوره: مخلوط در کوره استوانه‌ای چرخان با زاویه‌ای کم قرار می‌گیرد و تا دمای بیش از ۲۶۰۰ درجه فارنهایت گرم می‌شود.
- تولید کلینکر: در طول فرآیند، بخشی از مواد به گاز تبدیل می‌شوند و بخش دیگر به کلینکر، گلوله‌های خاکستری کوچک، تبدیل می‌شود.
- خرد کردن کلینکر: کلینکر پس از خنک شدن، پودر شده و به‌عنوان ماده اصلی سیمان استفاده می‌شود.
منابع اصلی انتشار کربن در فرآیند تولید سیمان
- سوخت‌های فسیلی: برای تأمین حرارت کوره.
- واکنش شیمیایی سنگ‌آهک: کربن موجود در سنگ‌آهک با اکسیژن ترکیب شده و دی‌اکسید کربن تولید می‌کند.
گوراو سانت، استاد مهندسی عمران و محیط‌زیست دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، گفت: “تقریباً دو سوم از انتشار کربن مرتبط با سیمان ناشی از این واکنش است.” به همین دلیل تولید سیمان فرآیندی واقعاً دشوار در کاهش کربن تلقی می‌شود. وی افزود که حتی تغییر کامل منابع انرژی به انواع کم‌کربن یا بی‌کربن، فقط بخشی از مشکل را حل می‌کند.
راهکارهای کاهش انتشار کربن در روند تولید بتن
تولیدکنندگان سیمان پیش‌تر برای کاهش انتشار گازها اقداماتی انجام داده‌اند. به لطف پیشرفت در بهره‌وری انرژی و تغییر در ترکیب بتن، میانگین دی‌اکسید کربن حاصل از تولید سیمان طی ۲۰ سال گذشته ۱۸ درصد در سطح جهان کاهش یافته است. برخی شرکت‌ها نیز فناوری‌هایی برای جلوگیری از انتشار دی‌اکسید کربن به جو به کار گرفته‌اند، اگرچه این فناوری‌ها در مقیاس بزرگ ممکن است نتوانند تأثیر چشمگیری داشته باشند.
در حالی که اخیراً بزرگ‌ترین صنعتگران دنیا متعهد شده‌اند میزان دی‌اکسید کربن بیشتری کاهش یابد، سنت هشدار می‌دهد که فناوری‌های موجود فقط می‌توانند بخشی از کاهش دی‌اکسید کربن را برای دستیابی به اهداف پاریس محقق کنند. وی گفت: “آنچه صنعت واقعاً باید انجام دهد، سرمایه‌گذاری و تلاش برای تولید انواع جدید یا جایگزین سیمان است که نیازی به کلینکر ندارند.”
شرکت‌ها در حال آزمایش روش‌های مختلفی برای کاهش یا حذف کلینکر مورد نیاز برای تولید بتن هستند. به‌عنوان مثال:
- شرکت Biomason در کارولینای شمالی از باکتری‌های طبیعی به‌عنوان اتصال‌دهنده برای ساخت آجر بتنی استفاده می‌کند.
- شرکت CO2Concrete، اسپین‌آف دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، دی‌اکسید کربن را مستقیماً از دودکش نیروگاه‌ها گرفته و به کربنات‌های معدنی جامد تبدیل می‌کند که می‌توانند جایگزین سیمان پرتلند شوند.
- برخی شرکت‌های دیگر مانند Banah در انگلستان و Zeobond در استرالیا از فرآورده‌های جانبی صنعتی برای ایجاد ژئوپلیمرها به‌عنوان جایگزین کلینکر استفاده می‌کنند.
کارشناسان معتقدند که Solidia، شرکت نیوجرسی که در تابستان در فرانسه فعالیت خود را آغاز کرد، یکی از امیدبخش‌ترین شرکت‌ها در این زمینه است. روش این شرکت شامل دستکاری شیمیایی سیمان برای کاهش قابل‌توجه دمای کوره و استفاده از دی‌اکسید کربن به‌جای آب در پخت بتن است.
تام شولر، رئیس و مدیرعامل شرکت Solidia، گفت: “این فناوری‌ها می‌توانند اثر کربن را تا ۷۰ درصد در مقایسه با بتن معمولی مبتنی بر سیمان پرتلند کاهش دهند.” وی افزود: “این روش‌ها، علاوه بر کاهش هزینه‌ها، حمایت مالی از شرکت‌های سرمایه‌گذاری معتبر و بزرگ‌ترین تولیدکننده سیمان جهان را نیز جلب کرده‌اند.”
شرکت دیگری که روی راه‌حل‌های جایگزین سیمان کار می‌کند، CarbonCure است که مقر آن در هالیفاکس، نوا اسکوشیا است. راب نیون، مهندس شهرسازی، معتقد است که CarbonCure سیستمی ایجاد کرده است که دی‌اکسید کربن مایع‌شده را حین مخلوط شدن به بتن مرطوب پمپ می‌کند. با سخت شدن بتن، کربن حاصل از دی‌اکسید کربن با بتن واکنش نشان داده و به یک ماده معدنی تبدیل می‌شود. بدین ترتیب، بدون به خطر انداختن مقاومت و قیمت بتن، نیاز به سیمان به‌طور مؤثری کاهش می‌یابد.
به گفته کریستی گمبل، مدیر بخش پایداریCarbonCure :
“در هر پروژه ساختمان یا زیرساخت، صدها کیلوگرم کربن طی این فرآیند کانی‌سازی CO2 کاهش می‌یابد؛ در غیر این صورت، هزاران هکتار درخت باید در مدت یک سال این میزان کربن را جذب کنند.”
به گفته وی، گسترش جهانی این فناوری می‌تواند حدود ۵۵۰ میلیون تن دی‌اکسید کربن در هر سال کاهش دهد که معادل خارج کردن ۱۵۰ میلیون اتومبیل از جاده‌ها است.
فناوری CarbonCure
در حال حاضر، فناوری CarbonCure شامل یک مقاوم‌سازی کوچک متشکل از یک سیستم رایانه‌ای، یک مخزن برای ذخیره دی‌اکسید کربن، و یک لوله برای پمپ کردن آن در مخلوط بتن است. این سیستم تاکنون در حدود ۱۵۰ کارخانه بتن در سراسر آمریکای شمالی نصب شده و قرار است در جنوب شرقی آسیا و اروپا نیز گسترش یابد.
یکی از پروژه‌های عملی این فناوری در جورجیا، در یک ساختمان تجاری چندطبقه در حال ساخت در محله‌ای دورافتاده از آتلانتا است. این ساختمان تا پایان سال تکمیل خواهد شد و اولین ساختمانی است که در مقیاس بزرگ، از بتن ساخته‌شده با CarbonCure در کل سازه استفاده می‌کند.
به گفته گمبل، این پروژه به تنهایی مانع از انتشار بیش از ۷۵۰ تن دی‌اکسید کربن در جو خواهد شد؛ مقداری که معادل جذب کربن توسط ۸۰۰ هکتار جنگل در طی یک سال است.
چالش‌های پیش روی فناوری‌های نوین تولید سیمان
اگرچه شرکت‌هایی مانند Solidia و CarbonCure در حال پیشرفت هستند، اما هنوز راه درازی برای دستیابی به سهم قابل‌توجهی از بازار دارند. شولر می‌گوید یکی از مهم‌ترین موانع، محافظه‌کاری گسترده در بخش ساخت‌وساز است. وی اظهار داشت:
“نگرش کلی صنعت این است که به چیزی که می‌بیند، باور می‌کند.”
این شرکت تاکنون حدود ۱۰۰ میلیون دلار برای تحقیق و توسعه و آزمایش‌های میدانی، مانند پروژه‌ای در فرانسه، هزینه کرده است تا مشتریان تجاری را به استفاده از این فناوری ترغیب کند.
عدم تمایل به پذیرش فناوری‌های نوین تا حدودی قابل درک است. سان، یکی از کارشناسان این حوزه، گفت:
“وقتی در مورد اطمینان از امنیت زندگی در ساختمان صحبت می‌کنیم، باید مطمئن باشیم که آنچه انجام می‌دهیم، کارساز خواهد بود.”
وی افزود که مقررات ایمنی فعلی توانایی ارزیابی فرآیندهای جدید تولید بتن را ندارند، در حالی که کاهش انتشار کربن به این فناوری‌ها نیاز دارد. سان تأکید کرد:
«مشکل این است که به‌جای استفاده از معیارهای مبتنی بر کارایی و تحریک نوآوری، بیش از حد به کدها و استانداردهای تجویزی اعتماد داریم که ما را ملزم به پیروی از روش‌های سنتی می‌کنند.»
یکی دیگر از موانع، هزینه است. جرمی گرگوری، مدیر اجرایی مرکز توزیع پایدار بتن MIT، گفت:
«اگرچه هزینه برخی راه‌حل‌های جدید همیشه بیشتر از روش‌های معمولی نیست، تمایل به پرداخت هزینه‌های اضافی محدود است.»
وی به یک مطالعه در سال ۲۰۱۵ اشاره کرد که نشان داد سیمان‌های مبتنی بر ژئوپلیمر می‌توانند تا 3 برابر روش سنتی هزینه‌بر باشند.
گمبل نیز گفت:
«سیاست‌هایی برای جبران هزینه‌های بالاتر و تشویق سرمایه‌گذاری در سیمان‌های سازگار با محیط‌زیست وجود ندارد. پیشرفت‌های فناوری به‌تنهایی نمی‌توانند انتشار کربن را کاهش دهند. آنچه نیاز است، اقداماتی مانند محدودیت‌های انتشار و مجازات‌هایی برای ارسال سیگنال‌های بازار و تشویق فناوری‌های سبز است.»
چشم‌انداز آینده سیمان‌های کم‌کربن
در پایان، گمبل تصدیق کرد که سیمان‌های کم‌کربن هنوز تا دستیابی به مقیاس گسترده فاصله زیادی دارند. با این حال، وی معتقد است روندی مثبت در جریان است:
«شاید ۲۰ تا ۳۰ سال یا بیشتر طول بکشد، اما شاهد نخستین پیشرفت‌ها در این مسیر هستیم.»
با توجه به تأثیر گسترده کربن در این صنعت، تغییر در نحوه تولید سیمان می‌تواند نقش مهمی در کاهش گرمایش زمین داشته باشد. به گفته گرگوری، تنها راه پیش رو ادامه فشار بر تمامی صنایع برای تسریع در تلاش‌های خود است.
وی تأکید کرد:
«تأخیر یا اجتناب از این چالش، واقعاً اختیاری نیست.»
جمع بندی
کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت سیمان دیگر یک انتخاب نیست، بلکه ضرورتی برای مقابله با گرمایش زمین است. فناوری‌هایی مانند CarbonCure و سولیدیا نشان داده‌اند که با رویکردی خلاقانه می‌توان اثرات کربنی تولید بتن را به‌شدت کاهش داد.
اگرچه چالش‌هایی مانند هزینه‌های بالا و محدودیت‌های قانونی همچنان وجود دارند، اما پیشرفت‌های اخیر نویدبخش آینده‌ای روشن برای تولید سیمان‌های کم‌کربن است. هر گامی که در این مسیر برداشته شود، حرکتی به‌سوی حفظ محیط زیست و ساخت جهانی پایدارتر خواهد بود. تصمیم‌گیری امروز ما می‌تواند سرنوشت زمین را برای نسل‌های آینده تغییر دهد.
ارسال دیدگاه: