انبعاثات الكربون من إنتاج الأسمنت كبيرة: فبحسب تقدير Chatham House (2018)، يأتي نحو 8% من ثاني أكسيد الكربون في العالم من إنتاج الأسمنت. ونحو نصف هذا الكربون ناتج عن تفكك الحجر الجيري داخل الفرن، ونحو 40% عن وقود الفرن. أما طرق خفضه فهي استبدال جزء من الكلنكر، واستخدام وقود وطاقة أنظف، وفي الورش ترشيد استهلاك الأسمنت وتقليل الهدر.
المسألة ليست بيئية فحسب. فبالنسبة لمن ينتج البلوك أو حجر الرصيف (البردورة) أو بلاط الأرصفة (الإنترلوك)، يكون الأسمنت عادةً أغلى مادة مستهلكة. وكل كيلوغرام من الأسمنت يُضاف إلى الخلطة بلا داعٍ أو يُرمى مع بلوكة مكسورة هو خسارة في المال وزيادة في الكربون معًا. لذلك خصصنا الجزء الأخير من هذا الدليل للخطوات العملية داخل الورشة.
لماذا يُعد الأسمنت من أكبر مصادر الكربون في العالم؟
الأسمنت هو مادة الربط في الخرسانة، والخرسانة موجودة في كل جزء من المباني والبنية التحتية: الأساسات والأسقف والطرق والجسور والقنوات وبلوك الجدران وأحجار الأرصفة. ووفقًا للاتحاد العالمي للأسمنت والخرسانة (GCCA)، فإن الخرسانة هي ثاني أكثر مادة استهلاكًا على الأرض بعد الماء. وعندما تُستهلك مادة بهذا الحجم، يصبح مجموع انبعاثاتها كبيرًا حتى لو كان كربون الطن الواحد منها متوسطًا.
بحسب تقدير الوكالة الدولية للطاقة (IEA)، بلغ الإنتاج العالمي السنوي من الأسمنت في السنوات الأخيرة نحو 4 مليارات طن. ويُستهلك جزء كبير من هذا الإنتاج في الدول النامية التي ما زالت تبني المساكن والطرق وشبكات المياه والصرف الصحي. أي أن الطلب لن ينخفض قريبًا، والحل يجب أن يمر عبر خفض كربون كل طن أسمنت وكل متر مكعب من الخرسانة، لا عبر التخلي عن الخرسانة.
النقطة المهمة أن الخرسانة نفسها ليست مادة عالية الكربون. فالركام، أي الحصى والرمل، يشكل الحجم الأكبر من الخرسانة وكربونه قليل. والحصة الرئيسية من كربون الخرسانة مصدرها الأسمنت الموجود فيها؛ ولهذا فإن أي حل يقلل كمية الأسمنت في كل قطعة يؤثر مباشرة في كربون تلك القطعة.
كيف يُصنع الأسمنت وفي أي مرحلة ينطلق الكربون؟
يمر إنتاج الأسمنت البورتلاندي بعدة مراحل رئيسية:
- استخراج المواد الخام وتجهيزها: يُستخرج الحجر الجيري والطين (أو مواد مشابهة)، ثم يُكسَّران ويُخلطان بنسبة محددة.
- الطحن والتجانس: تتحول المواد الخام إلى مسحوق ناعم كي يتفاعل بشكل متجانس داخل الفرن.
- المسخن الأولي والفرن الدوار: ينزل المسحوق عبر برج المسخن الأولي ويدخل الفرن الدوار. وتبلغ حرارة المنطقة الساخنة في الفرن عادةً نحو 1450 درجة مئوية. في هذه المرحلة يتفكك الحجر الجيري وتتحول المواد إلى كريات صلبة تُسمى الكلنكر.
- تبريد الكلنكر: يُبرَّد الكلنكر الساخن بسرعة.
- الطحن النهائي: يُطحن الكلنكر مع قليل من الجبس (ومع إضافات أخرى في الأسمنت المخلوط) ليتحول إلى أسمنت.
الكربون موجود تقريبًا في كل حلقة من هذه السلسلة، لكن ثقله الأكبر في مرحلة الفرن. وهذه المرحلة تحديدًا هي ما يميز صناعة الأسمنت عن معظم الصناعات الأخرى.
المصادر الرئيسية لانبعاث ثاني أكسيد الكربون في إنتاج الأسمنت
استنادًا إلى تقرير Chatham House (2018) بعنوان «Making Concrete Change» وإلى ملخص موقع Carbon Brief (2018)، يمكن تقسيم كربون إنتاج الأسمنت إلى ثلاث حصص رئيسية. الأرقام التالية تقريبية وتمثل متوسطًا عالميًا، وتختلف من مصنع إلى آخر.
1. تكليس الحجر الجيري (نحو نصف الكربون)
يتكون الحجر الجيري من كربونات الكالسيوم. وعند تسخينه في الفرن يتفكك إلى أكسيد الكالسيوم (الجير) وثاني أكسيد الكربون، ويُسمى هذا التفاعل «التكليس». هذا الكربون مصدره الحجر نفسه لا الوقود؛ أي أنه ينطلق حتى لو عمل الفرن بكهرباء نظيفة 100%. وهذه الحصة هي أصعب جزء في المشكلة، وهي السبب الرئيسي في تركيز الحلول على خفض نسبة الكلنكر.
2. وقود الفرن (نحو 40%)
يحتاج رفع حرارة الفرن إلى نحو 1450 درجة إلى طاقة حرارية كبيرة. ويكون وقود الفرن، بحسب البلد، الفحم الحجري أو فحم الكوك البترولي أو المازوت أو الغاز الطبيعي. ويؤثر نوع الوقود والكفاءة الحرارية للفرن مباشرة في هذه الحصة؛ فالأفران القديمة وأفران الطريقة الرطبة تستهلك طاقة أكثر من الأفران الأحدث المزودة بمسخن أولي متعدد المراحل.
3. الاستخراج والنقل والكهرباء (الباقي، نحو 10%)
يحتاج استخراج المواد الخام ونقلها ونقل الأسمنت إلى الوقود، كما تستهلك المطاحن والمراوح والسيور الناقلة كهرباء كثيرة. حصة هذا الجزء أقل، لكنها تتوقف على مصدر كهرباء الشبكة.
ما أثر انبعاثات الكربون من إنتاج الأسمنت على المناخ؟
ثاني أكسيد الكربون هو أهم غازات الدفيئة الناتجة عن النشاط البشري، ويبقى في الغلاف الجوي مدة طويلة. وتبرز صناعة الأسمنت في نقاشات المناخ لأنها كبيرة من جهة، ولأن كربونها «صعب الخفض» من جهة أخرى: فحصة التكليس لا تزول بتغيير الوقود. ولهذا تقترح خرائط الطريق التي نشرتها IEA وGCCA لهذه الصناعة مزيجًا من عدة أدوات معًا، ولا تعتمد على تقنية واحدة.
وهناك نقطة قلّما تُذكر: فالخرسانة تمتص ببطء خلال عمرها قدرًا من ثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء (ظاهرة الكربنة). هذا الامتصاص حقيقي، لكنه يعوّض جزءًا فقط من كربون الإنتاج ولا يغني عن الخفض في مرحلة الإنتاج.
الحلول العالمية لخفض كربون الأسمنت والخرسانة
خفض نسبة الكلنكر في الأسمنت (الأسمنت المخلوط)
الطريقة الأكثر فاعلية وتوافرًا هي استبدال جزء من الكلنكر بمواد أخرى: خبث أفران صهر الحديد، والرماد المتطاير من محطات الكهرباء، والبوزولانات الطبيعية، ومسحوق الحجر الجيري، والطين المكلّس. وتُسمى أنواع الأسمنت التي تحتوي هذه المواد «الأسمنت المخلوط»، ومن أمثلتها المعروفة الأسمنت البوزولاني وأسمنت الخبث. تصل هذه الأنواع عادةً إلى مقاومتها النهائية ببطء أكبر وتحتاج إلى معالجة أدق، لذا يجب اختبارها بعدة عينات تجريبية قبل استخدامها في الإنتاج.
كفاءة الطاقة والوقود البديل
الأفران الأكثر كفاءة واستعادة الحرارة المهدرة واستخدام الوقود البديل (مثل النفايات الصناعية والكتلة الحيوية) تقلل حصة الوقود. وهذه مهام مصانع الأسمنت، ولا دور مباشرًا فيها لمنتج القطع الخرسانية.
احتجاز الكربون وتخزينه (CCUS)
في هذه الطريقة يُلتقط ثاني أكسيد الكربون من مدخنة المصنع ثم يُخزَّن أو يُستخدم. ولأن حصة التكليس لا تُزال بأي طريقة أخرى، فلهذه التقنية مكانة مهمة في خرائط الطريق طويلة الأمد؛ لكنها ما زالت مكلفة وتُطبَّق على نطاق محدود.
حقن الكربون في الخرسانة: CarbonCure
قدمت الشركة الكندية CarbonCure تقنية يُحقن فيها قدر صغير من ثاني أكسيد الكربون المحتجز في الخرسانة الطازجة أثناء الخلط. يتفاعل هذا الغاز مع مركبات الأسمنت ويتحول إلى جزيئات دقيقة من كربونات الكالسيوم تبقى محبوسة داخل الخرسانة. وبحسب الشركة المصنعة، يتيح ذلك للمنتج استهلاك أسمنت أقل قليلًا دون انخفاض في المقاومة. صُمم هذا النظام لمصانع الخرسانة الجاهزة والقطع مسبقة الصب، ويحتاج إلى توريد الغاز ومعدات مخصصة.
المعالجة بالكربون: Solidia
نهج شركة Solidia مختلف: أسمنت بنسبة جير أقل يُحرق عند حرارة أدنى، وتُعالج القطع المصنوعة منه في حجرة مملوءة بثاني أكسيد الكربون بدلًا من الماء. وتُطرح هذه الطريقة أساسًا للقطع مسبقة الصب المصنعة في المعامل مثل البلوك والإنترلوك، لأنها تحتاج إلى حجرة معالجة مُتحكَّم بها.
كلتا التقنيتين مثيرة للاهتمام، لكنهما ليستا حاليًا خيارًا عمليًا لورشة صغيرة في إيران. فالعمل الحقيقي للورشة في مكان آخر.
ماذا يستطيع صاحب ورشة البلوك والبردورة والإنترلوك أن يفعل؟
لا يتحكم منتج القطع الخرسانية في فرن الأسمنت ووقوده، لكنه يتحكم تمامًا في كمية الأسمنت التي تدخل كل بلوكة، وفي نسبة إنتاجه التي تصل إلى الزبون سليمة. ومن حسن الحظ أن معظم الإجراءات التي تقلل استهلاك الأسمنت هي نفسها التي ترفع الجودة وتخفض الهدر.
1. اجعلوا تصميم الخلطة بالوزن وثابتًا
في كثير من الورش يُضاف الأسمنت مع «كيس إضافي للاحتياط»، لأن المشغّل غير واثق من مقاومة المنتج. وهذا الأسمنت الزائد يغطي عادةً ضعفًا في الخلط أو الدمك أو المعالجة. الأفضل أن يكون لديكم تصميم خلطة محدد، وأن تضيفوا المواد بالوزن (لا بالتقدير بالعين)، وأن تصلوا عبر عدة عينات تجريبية إلى أقل كمية أسمنت تعطي المقاومة المطلوبة. واستخدام ميزان وزن الأسمنت يضمن هذه الدقة في كل دفعة. وقد شرحنا النسب الأساسية ودور كل مادة في مقال طريقة تحضير خلطة البلوك الأسمنتي.
2. تحكموا في الماء، لا في الأسمنت فقط
نسبة الماء إلى الأسمنت من العوامل الرئيسية للمقاومة. ففي مقال خلطة البلوك على موقع طراحان، ورد نطاق يتراوح بين 0.4 و0.5 تقريبًا لخلطة البلوك. والماء الزائد يتبخر بعد الجفاف ويترك فراغات دقيقة؛ والنتيجة بلوكة أضعف تغري المنتج بإضافة أسمنت أكثر في المرة التالية. ومع ضبط الماء، تعطي الكمية نفسها من الأسمنت مقاومة أعلى. كما يُستحسن ترطيب الركام المسامي مثل الخفاف (البيوميس) قليلًا قبل الخلط كي لا يمتص ماء الخلطة.
3. خلط متجانس
إذا لم يغلّف الأسمنت جميع الحبيبات، يُهدر جزء منه فعليًا ويبقى جزء من البلوكة فقيرًا بالأسمنت. والخلاطة المناسبة للخلطة الجافة في تصنيع البلوك شرط للاستفادة الفعلية من كل كيلوغرام أسمنت. اطّلعوا على معايير اختيار الخلاطة في دليل اختيار خلاطة آلة تصنيع البلوك.
4. اهتزاز وكبس قويان: دمك أعلى بأسمنت أقل
خلطة تصنيع البلوك جافة، ومقاومتها تعتمد قبل كل شيء على الدمك. فعندما تُحكم الآلة تداخل الحبيبات باهتزاز وكبس كافيين، يقل الفراغ وتحتاجون إلى أسمنت أقل للوصول إلى المقاومة نفسها. وعلى العكس، فالآلة الضعيفة أو الاهتزاز غير المضبوط يجبران الورشة على تعويض نقص الدمك بالأسمنت. فعلى سبيل المثال، تتميز آلة البلوك الثابتة TM-104 وفق المواصفات المعلنة من طراحان بضغط هيدروليكي يبلغ 120 بار واهتزاز مزدوج. وإن كانت لديكم آلة بالفعل، فاتبعوا ضبطها الصحيح في مقال ضبط اهتزاز آلة تصنيع البلوك، ولمقارنة الطرازات راجعوا صفحة آلة تصنيع البلوك.
5. ركام خفيف طبيعي للجدران غير الحاملة
الخفاف (البيوميس) حجر بركاني طبيعي يُستخدم ركامًا دون حرقه في فرن. وبلوك الخفاف أخف وزنًا ويُحمّل الهيكل الإنشائي حملًا ميتًا أقل؛ أي أنه على مستوى المبنى يتطلب هيكلًا وأساسات أخف. لكن الخفاف أكثر حساسية للرطوبة والدمك، وإذا لم يُنتج بشكل صحيح يرتفع الهدر. وقد كتبنا خطوات العمل الصحيحة في دليل إنتاج بلوك الخفاف.
6. الخرسانة الرغوية وبلوك CLC للأعمال غير الإنشائية
في الخرسانة الرغوية تملأ فقاعات الهواء جزءًا كبيرًا من الحجم ويُستغنى عن الحصى؛ لذا تُستهلك مواد أقل في كل متر مكعب. لا تحل الخرسانة الرغوية محل الخرسانة الإنشائية، لكنها خيار خفيف لتشكيل ميول الأسطح وتسوية الأرضيات وطبقات العزل وملء الفراغات. وتُصنَّع آلة الخرسانة الرغوية من طراحان بستة طرازات من FM 20 إلى FM 50 بطاقة 20 إلى 50 مترًا مكعبًا في وردية مدتها 8 ساعات، وتُركَّب على شاحنة نيسان صغيرة أو على شاحنة كبيرة. وإن أردتم إنتاج بلوك جدران خفيف في الورشة، فإن خط إنتاج البلوك الخفيف CLC مخصص لهذا الغرض. اقرؤوا الفرق بين الخرسانة الرغوية والخرسانة العادية واستخداماتها في مقال ما هي الخرسانة الرغوية.
7. المعالجة الصحيحة
يحتاج الأسمنت إلى الرطوبة والوقت كي يتصلب ويصل إلى مقاومته. والبلوكة التي تجف بسرعة تحت الشمس والرياح لا يتفاعل جزء من أسمنتها تفاعلًا كاملًا أبدًا؛ أي أنكم دفعتم ثمن ذلك الأسمنت دون أن تحصلوا على مقاومته. ووفقًا للمقالات الفنية لطراحان، تستغرق المعالجة بالرش بالماء عادةً نحو أسبوع، وبغرفة البخار نحو يوم واحد. وقد عرضنا طرق هذه المرحلة ومعاييرها في مقال أسس إنتاج البلوك الأسمنتي.
8. قلّلوا الهدر إلى الحد الأدنى؛ فالبلوكة المكسورة تعني أسمنتًا مهدرًا
كل بلوكة تتكسر حوافها أو تنكسر أثناء الجمع أو التخزين أو التحميل تُهدر كل ما صُرف عليها من أسمنت وطاقة وأجور. وقد يكون تقليل الهدر أبسط طريقة لخفض كربون الورشة، لأنه لا يتطلب أي تغيير في المواد. وقد استعرضنا الأسباب الشائعة لكسر البلوك وطرق زيادة الدمك في مقال سبب تفتت بلوك الخفاف.
مقارنة طرق خفض الكربون: أيها يناسب الورشة الصغيرة؟
| الطريقة | مكان التطبيق | ما الذي تحتاجه | مناسبة للورشة الصغيرة؟ |
|---|---|---|---|
| الأسمنت المخلوط (البوزولاني، أسمنت الخبث) | مصنع الأسمنت؛ والاختيار في الورشة | توفره محلياً، وعينات تجريبية، ومعالجة أدق | نعم، مع الاختبار قبل الإنتاج الواسع |
| الوقود البديل والفرن عالي الكفاءة | مصنع الأسمنت | استثمار صناعي | لا؛ خارج سيطرة الورشة |
| احتجاز الكربون وتخزينه (CCUS) | مصنع الأسمنت | تقنية وبنية تحتية مرتفعة التكلفة | لا |
| CarbonCure | مصانع الخرسانة الجاهزة والخرسانة مسبقة الصب | معدات مخصصة وتوريد الغاز | ليس حالياً |
| Solidia | مصانع القطع مسبقة الصب | أسمنت خاص وحجرة معالجة بثاني أكسيد الكربون | ليس حالياً |
| خلطة بالوزن وضبط الماء | الورشة | ميزان، وانضباط في كل دفعة، وأخذ عينات | نعم؛ منخفضة التكلفة وفورية |
| اهتزاز وكبس قويان | الورشة | آلة سليمة ومضبوطة | نعم؛ عند شراء الآلة أو إصلاحها |
| الخفاف (البيوميس)، والخرسانة الرغوية، وبلوك CLC | الورشة والمشروع (للأعمال غير الإنشائية فقط) | ضبط الرطوبة؛ وللخرسانة الرغوية آلة خرسانة رغوية أو خط CLC | نعم، للجدران والطبقات غير الحاملة |
| المعالجة الصحيحة وتقليل الهالك | الورشة | مكان مظلل، وماء أو غرفة بخار، ونقل حذر | نعم؛ أكبر أثر بأقل تكلفة |
تحديات خفض الكربون في صناعة الأسمنت
- كيمياء التكليس: ما دام الكلنكر يُصنع من الحجر الجيري، فإن جزءاً من الكربون سينطلق حتماً.
- التكلفة ورأس المال: تقنيات مثل CCUS مرتفعة الثمن، وعائد الاستثمار فيها مرهون بالسياسات الحكومية وسعر الكربون.
- توفر المواد البديلة: الخبث والرماد المتطاير لا يتوفران بكميات كافية في كل مكان.
- المعايير وثقة السوق: يثق المقاولون بالأسمنت والخرسانة المألوفين لهم، وتغيير المواصفات يحتاج إلى وقت.
- جودة التنفيذ: الأسمنت الأقل كربوناً لا يعطي نتيجة جيدة في ورشة ذات اهتزاز ضعيف ومعالجة سيئة؛ فجودة الإنتاج شرط لنجاح أي حل.
مستقبل الأسمنت والخرسانة منخفضي الكربون
المسار الذي ترسمه خرائط الطريق الدولية ليس حلاً سحرياً واحداً، بل مزيج من: كلنكر أقل في الأسمنت، وأسمنت أقل في الخرسانة، وخرسانة أقل في المنشأ بفضل تصميم أفضل، وطاقة أنظف، وأخيراً احتجاز الكربون. وحلقة «أسمنت أقل في الخرسانة» هي بالضبط المكان الذي يملك فيه منتج القطع الخرسانية دوراً. فالورشة التي تعتمد اليوم خلطة دقيقة ودمكاً جيداً وهالكاً قليلاً، تكون تكلفة إنتاجها أقل، وتكون أكثر استعداداً لأي اشتراطات أشد قد يفرضها السوق لاحقاً.
الأسئلة الشائعة
ما نسبة انبعاثات الكربون العالمية الناتجة عن إنتاج الأسمنت؟
بحسب تقدير Chatham House (2018)، يأتي نحو 8% من ثاني أكسيد الكربون في العالم من إنتاج الأسمنت.
من أين يأتي معظم كربون الأسمنت؟
نحو النصف من تفكك الحجر الجيري داخل الفرن (التكليس)، ونحو 40% من الوقود الذي يسخّن الفرن. أما الباقي فمصدره الاستخراج والنقل والكهرباء.
هل تؤدي زيادة الأسمنت في خلطة البلوك دائماً إلى رفع المقاومة؟
ليس بالضرورة. إذا كانت المشكلة الأساسية في زيادة الماء أو الخلط الناقص أو ضعف الاهتزاز أو سوء المعالجة، فإن الأسمنت الإضافي يرفع التكلفة فقط. عالج هذه العوامل أولاً، ثم حدّد أقل كمية أسمنت لازمة عبر عينات تجريبية.
هل بلوك الخفاف أو الخرسانة الرغوية أقل كربوناً؟
هذه المواد خفيفة وتنقل حملاً ميتاً أقل إلى المنشأ. والخفاف حجر طبيعي يُستخدم دون حرق في الفرن. لكن كمية الكربون الدقيقة تتوقف على الخلطة وكمية الأسمنت في كل منتج، لذا لا يمكن إعطاء رقم عام لها.
هل يمكن تنفيذ الهيكل الإنشائي للمبنى بالخرسانة الرغوية؟
لا. تُستخدم الخرسانة الرغوية للطبقات غير الإنشائية مثل تشكيل ميول السطح والتسوية الأرضية والعزل. أما الأعمدة والجسور والأسقف والأساسات فتُنفذ بالخرسانة العادية والمسلحة.
هل يمكن استخدام CarbonCure وSolidia في الورش الصغيرة؟
ليس في الوقت الحالي. فكلتاهما مصممة لمصانع الخرسانة الجاهزة أو القطع مسبقة الصب المزودة بمعدات مخصصة. أما في الورشة الصغيرة، فضبط الخلطة والدمك والمعالجة والهالك له أثر أسرع.
الخلاصة
أثر الكربون الناتج عن إنتاج الأسمنت حقيقي وكبير، وجذوره في كيمياء الحجر الجيري وطاقة الفرن. وتعمل مصانع الأسمنت على تقليص هذه الحصة عبر كلنكر أقل ووقود أفضل، ومستقبلاً عبر احتجاز الكربون. أما دور ورشة البلوك وحجر الرصيف وبلاط الأرصفة فأبسط وأقرب: زِن الأسمنت، واضبط الماء، واحصل على الدمك بآلة سليمة، واتجه إلى الخفاف والخرسانة الرغوية للأعمال غير الحاملة، وعالج البلوك معالجة صحيحة، ولا تدع البلوك ينكسر. وإذا كنت تحتاج إلى استشارة في اختيار آلة تصنيع البلوك أو آلة الخرسانة الرغوية أو خط CLC، فتواصل مع خبراء شركة طراحان للآلات على الرقم +98 914 584 1914.
أرسل تعليق: