تقنية إزالة الكربون في الخرسانة الجاهزة

تشير تقنية إزالة الكربون في الخرسانة الجاهزة إلى الأساليب والعمليات المبتكرة التي تهدف إلى تقليل أو إزالة البصمة الكربونية المرتبطة بإنتاج واستخدام الخرسانة. يتضمن إنتاج الخرسانة التقليدي انبعاث ثاني أكسيد الكربون أثناء تصنيع الأسمنت ، وهو عنصر أساسي في الخرسانة.

تركز تقنيات إزالة الكربون على استراتيجيات مختلفة للتخفيف من هذه الانبعاثات أو تعويضها ، وبالتالي المساهمة في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والتأثير البيئي الكلي لإنتاج الخرسانة. من الأهمية بمكان ملاحظة أن تقديرات التكلفة الواردة أدناه يمكن أن تتغير بمرور الوقت مع نضوج التقنيات وتحقيق وفورات الحجم وظهور ابتكارات جديدة.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تؤثر الحوافز الحكومية والأطر التنظيمية وطلب السوق على الجدوى المالية لهذه التقنيات. على هذا النحو ، فإن إجراء دراسات جدوى شاملة وتحليلات التكلفة لتقنيات إزالة الكربون المحددة في مشاريع الخرسانة الجاهزة أمر ضروري لتحديد متطلبات الاستثمار الدقيقة.

تتضمن بعض تقنيات إزالة الكربون في الخرسانة الجاهزة ما يلي:

I- التقاط الكربون واستخدامه (CCU): يتضمن ذلك التقاط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من العمليات الصناعية ، مثل إنتاج الأسمنت ، ثم تحويل أو استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط لأغراض مفيدة ، مثل إنتاج الركام أو المواد الاصطناعية. يمكن أن يختلف الاستثمار المطلوب لتقنيات CCU بشكل كبير اعتمادًا على التكنولوجيا المحددة المستخدمة وحجم التنفيذ. يمكن أن تنطوي مرافق احتجاز الكربون واسعة النطاق ، خاصة تلك المدمجة مع العمليات الصناعية ، على تكاليف أولية كبيرة ، تتراوح من مئات الملايين إلى عدة مليارات من الدولارات. يمكن أن تختلف التكلفة لكل طن من ثاني أكسيد الكربون الذي يتم التقاطه بشكل كبير ولكنها قد تتراوح من 50 دولارًا أمريكيًا إلى 150 دولارًا أمريكيًا أو أكثر.

في ما يلي شرح تفصيلي لوحدة CCU في سياق صناعة الخرسانة:

أ. التقاط ثاني أكسيد الكربون: في عملية إنتاج الأسمنت والخرسانة ، تنبعث كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون بسبب تكليس الحجر الجيري (مكون رئيسي في الأسمنت) واحتراق الوقود الأحفوري للحصول على الطاقة. تتضمن تقنيات CCU التقاط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون قبل إطلاقها في الغلاف الجوي. يمكن استخدام طرق الالتقاط المختلفة ، بما في ذلك الامتصاص الكيميائي ، والامتصاص ، وفصل الغشاء.

ب. استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط: بمجرد التقاطه ، يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون أو تحويله إلى منتجات قيمة ، مما يقلل صافي الانبعاثات من إنتاج الخرسانة. تتضمن بعض استراتيجيات CCU الشائعة في صناعة الخرسانة ما يلي:

1. التمعدن: يمكن أن يتفاعل ثاني أكسيد الكربون الملتقط مع المواد القلوية ، مثل أنواع معينة من النفايات الصناعية أو المعادن الطبيعية ، لتكوين كربونات صلبة. يمكن استخدام هذه الكربونات كمواد أسمنتية تكميلية في إنتاج الخرسانة.
2. ترسيب الكربونات: يمكن حقن ثاني أكسيد الكربون مباشرة في الخلطات الخرسانية أثناء الخلط ، حيث يتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم لتكوين كربونات الكالسيوم. هذه العملية ، المعروفة باسم المعالجة الكربونية ، تعزز الخواص الميكانيكية للخرسانة وتحبس الكربون الملتقط
3. التجوية المحسّنة: يمكن أن تخضع معادن السيليكات المسحوقة ، عند تعرضها لثاني أكسيد الكربون والماء ، بشكل طبيعي لعملية التجوية التي تربط ثاني أكسيد الكربون بالكربونات الصلبة. يمكن تطبيق هذا المفهوم على الخرسانة أو موادها الخام لالتقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون.
4. زراعة الطحالب: يستكشف بعض الباحثين استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط لزراعة الطحالب ، والتي يمكن حصادها واستخدامها لأغراض مختلفة ، بما في ذلك إنتاج الوقود الحيوي.
5. إنتاج الوقود الاصطناعي: يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون المُلتقط كمادة وسيطة لإنتاج الوقود الاصطناعي ، مثل الميثان أو الميثانول ، من خلال التفاعلات الكيميائية.
6. المنتجات الخرسانية: يمكن دمج ثاني أكسيد الكربون في المنتجات الخرسانية مثل الكتل أو الألواح سابقة الصب ، وعزل الكربون داخل المادة.

الفوائد والتحديات: تقدم CCU في صناعة الخرسانة العديد من الفوائد المحتملة ، بما في ذلك:

• انبعاثات مخفضة: يمكن أن تؤدي وحدة CCU إلى انخفاض كبير في صافي انبعاثات الكربون المرتبطة بإنتاج الخرسانة. • كفاءة الموارد: من خلال استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط في المنتجات القيمة ، يمكن للصناعة أن تقلل من الطلب على الموارد البكر. • ابتكار المنتج: يمكن أن تؤدي وحدة التحكم المركزية إلى تطوير أنواع جديدة من الخرسانة بخصائص محسنة أو تطبيقات جديدة. • التخفيف من حدة المناخ: تساهم وحدة CCU في التخفيف من تغير المناخ من خلال منع إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

مع ذلك ، هناك أيضًا تحديات يجب مراعاتها ، مثل الجدوى الفنية لعمليات الالتقاط والاستخدام ، وقابلية التوسع ، وفعالية التكلفة ، والآثار المحتملة على الأداء العام والمتانة للمنتجات الخرسانية.

يمثل التقاط الكربون واستخدامه وسيلة واعدة لتقليل التأثير البيئي لصناعة الخرسانة. مع استمرار البحث والتطوير في CCU ، من المهم إجراء تقييم دقيق للجدوى الاقتصادية والجدوى الفنية والاستدامة طويلة الأجل لاستراتيجيات CCU المختلفة لضمان دمجها الفعال في عملية الإنتاج الملموسة.

II- موازنة الكربون: يتضمن هذا النهج موازنة انبعاثات الكربون الناتجة أثناء إنتاج الخرسانة من خلال الاستثمار في المشاريع التي تزيل أو تمنع كمية مكافئة من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. يمكن أن تشمل هذه المشاريع إعادة التحريج ، وعزل الكربون في التربة ، أو الاستثمار في مصادر الطاقة المتجددة. يمكن أن تختلف تكلفة تعويض الكربون حسب نوع مشروع التعويض والموقع. مشاريع إعادة التحريج ، على سبيل المثال ، يمكن أن يكون لها تكاليف أقل لكل طن من تعويض ثاني أكسيد الكربون ، والتي تتراوح غالبًا من 5 دولارات إلى 30 دولارًا. ومع ذلك ، يمكن أن تختلف التكاليف بناءً على عوامل مثل توافر الأرض ، والصيانة ، ومعيار الأوفست المختار.

تقوم صناعة الأسمنت باستكشاف العديد من حالات ومبادرات تعويض الكربون للحد من انبعاثات الكربون والمساهمة في التخفيف من تغير المناخ. فيما يلي بعض الأمثلة على حالات تعويض الكربون التي شهدتها صناعة الأسمنت:

أ. إعادة التحريج والتشجير: استثمرت العديد من شركات الأسمنت في مشاريع التحريج وإعادة التحريج كشكل من أشكال تعويض الكربون. تمتص الأشجار ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي من خلال عملية التمثيل الضوئي ، مما يساعد على موازنة الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الأسمنت. يمكن أن تشمل هذه المشاريع زراعة الأشجار في الأراضي المتدهورة أو المناطق التي أزيلت منها الغابات أو حتى في مواقع المناجم المستصلحة.

ب. الاستثمار في الطاقة المتجددة: التزم بعض مصنعي الأسمنت باستخدام مصادر الطاقة المتجددة ، مثل طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية أو الطاقة الكهرومائية ، لتشغيل مرافق الإنتاج الخاصة بهم. من خلال الانتقال بعيدًا عن الوقود الأحفوري ، تقلل هذه الشركات من انبعاثات الكربون المباشرة وتساهم في شبكة طاقة أنظف.

ج. التقاط الكربون وتخزينه (CCS): بينما لا يزال في مراحله الأولى ، تستكشف بعض شركات الأسمنت إمكانات تقنيات احتجاز الكربون وتخزينه. تلتقط هذه التقنيات انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من مصانع الأسمنت والمصادر الصناعية الأخرى ثم تخزن أو تستخدم ثاني أكسيد الكربون الملتقط ، مما يمنعه بشكل فعال من دخول الغلاف الجوي.

د. استرداد الحرارة المهدرة: يتضمن إنتاج الأسمنت عمليات ذات درجات حرارة عالية تولد حرارة مهدرة. تقوم بعض الشركات بتنفيذ أنظمة استرداد الحرارة المهدرة لالتقاط وإعادة استخدام هذه الحرارة لتوليد الطاقة ، مما يقلل الحاجة إلى مصادر طاقة إضافية وبالتالي تقليل الانبعاثات.

ه. ممارسات الاقتصاد الدائري: تبحث شركات الأسمنت بشكل متزايد في ممارسات الاقتصاد الدائري مثل استخدام أنواع الوقود البديلة من النفايات في قمائن الأسمنت. من خلال استبدال الوقود الأحفوري التقليدي بالوقود المشتق من النفايات ، يتم تقليل الانبعاثات والتخلص من النفايات.

ر. مشاريع موازنة الكربون: غالبًا ما تستثمر شركات الأسمنت في مشاريع تعويض الكربون الخارجية ، مثل دعم مشاريع الطاقة المتجددة في المجتمعات ، أو تعزيز مبادرات كفاءة الطاقة ، أو المساهمة في المشاريع التي تلتقط أو تمنع انبعاثات الكربون ، مثل أنظمة تجميع غازات مكبات النفايات.

ز. الحد من الانبعاثات في اللوجستيات: تدرس شركات الأسمنت أيضًا خفض الانبعاثات في سلسلة التوريد والخدمات اللوجستية. ويشمل ذلك تحسين طرق النقل ، واستخدام مركبات أكثر كفاءة في استهلاك الوقود ، واعتماد ممارسات مستدامة لتقليل البصمة الكربونية المرتبطة بنقل المواد الخام.

ح. أسواق الكربون والتداول: في بعض المناطق، توجد أسواق الكربون وأنظمة التداول حيث يمكن للصناعات شراء رصيد كربوني من المشاريع التي حققت تقليلات موثقة في انبعاثات الغازات الدفيئة. يمكن لشركات الإسمنت المشاركة في مثل هذه الأسواق لتعويض جزء من انبعاثاتها الخاصة.

تمثل صناعة الإسمنت حوالي 7% من إجمالي انبعاثات الغازات الدفيئة. يمثل الرصيد الكربوني الواحد تقليل أو تجنب أو إزالة طن واحد متري من CO₂ من العمليات أو الجو. تخدم هذه الاعتمادات هدفين: تحفيز الشركات على تخفيض انبعاثاتها وتكون محفزًا لجهود تخفيض الانبعاثات المستمرة.

توسع السوق الطوعية للرصيد الكربوني لتصل إلى قيمة مليار دولار أمريكي في عام 2021، ومن المتوقع أن تستمر مسارات النمو هذه. شركات ملحوظة مثل أمازون، شوبيفاي، سترايب، مايكروسوفت، BMO، جنرال موتورز، أودي وسكوير انخرطت بنشاط في شراء الرصيد الكربوني. تشير التوقعات إلى أن السوق متجه نحو الانتعاش، مع إمكانية بلوغ قيمة تقديرية بقيمة 100 مليار دولار أمريكي بنهاية العقد الحالي.

في هذا السياق، تقف صناعة الخرسانة على استعداد لتقديم مساهمة كبيرة في تلبية الطلب المتزايد على الرصيد الكربوني.

يدور العملية الأساسية لتوليد الرصيد الكربوني حول الالتزام بمنهجية معتمدة تخضع لاختبارات وتحقق دقيقة لتكنولوجيا معينة. يخضع هذا المنهج لفحص دقيق من قبل طرف ثالث مستقل، ويرا. توضح هذه النهج المدقق كيفية حقن CO₂ في الخرسانة لإنشاء الرصيد الكربوني.

تعتمد العملية المتعلقة بتوليد الرصيد الكربوني بشكل أساسي على جمع البيانات المتأني. تُقسَم الإيرادات المتأتية من مبيعات الرصيد الكربوني بدقة ثم تُعاد توزيعها بين مبدعي هذه الاعتمادات. يبدأ الشركة المنتجة مشاركتها في نظام تخفيض الكربون، الذي يتضمن تقليل محتوى الإسمنت في الخرسانة مع دمج CO₂. تُولِّد هذه الاستخدامات الاستراتيجية للموارد الرصيد الكربوني الذي يتم بيعه فيما بعد، مما يؤدي إلى تدفق إيرادات مشترك بالنسبة للمنتج.

ما يميز هذه الاعتمادات الكربونية، ولا سيما تلك المشتقة من استخدام CO₂ في الخرسانة، هي ديناميات التداول المميزة. تأخذ هذه الاعتمادات أسعارًا ملحوظة أعلى في سوق الكربون مقارنة بالأسعار المتوسطة التي عادة ما يتم دفعها مقابل الاعتمادات الكربونية. تُرجَع هذه القيمة المضافة المرتفعة إلى الخصائص الاستثنائية للاعتمادات المتميزة من حيث الدوام والقابلية للتحقق.

لتقديم مثال ملموس، تخيّل منتج الخرسانة المشارك في سكب حوالي 40,000 متر مكعب من الخرسانة. في هذا السيناريو، وافتراضًا لسعر قدره 100 دولار أمريكي للرصيد الواحد وتخفيض بنسبة 5% في محتوى الإسمنت، يمكن للمنتج تحقيق ما يصل إلى 25,000 دولار أمريكي من الإيرادات من الاعتمادات الكربونية. وهذا يؤكد الإمكانية المالية الكبيرة التي يمكن استغلالها من خلال المشاركة في تداول الرصيد الكربوني.

مع استمرار صناعة الإسمنت في مواجهة الضغط لتقليل تأثيرها على البيئة، من المرجح أن تظل تعويضات الكربون جزءًا مهمًا من مبادرات الاستدامة التي يتبناها القطاع.

III- مواد رابطة بديلة: البحث جار لتطوير مواد رابطة بديلة تتطلب كمية أقل من الأسمنت أو لا تتطلب على الإطلاق في إنتاج الخرسانة. يمكن صنع هذه الروابط من مواد النفايات أو المنتجات الثانوية وقد يكون لها انبعاثات كربونية أقل مرتبطة بإنتاجها. لا يزال تطوير وتنفيذ مواد رابطة بديلة قيد التطوير ، ويمكن أن تختلف التكلفة بناءً على تكوين المادة الرابطة ، وتوافر المواد الأولية ، وطرق الإنتاج. في حين أن أرقام التكلفة المحددة لكل طن من خفض ثاني أكسيد الكربون قد لا تكون متاحة بسهولة ، يمكن أن يشمل الاستثمار تكاليف البحث والتطوير بالإضافة إلى التعديلات المحتملة على عمليات التصنيع.

يما يلي بعض الأمثلة الشائعة:

أ. الرماد المتطاير: الرماد المتطاير هو منتج ثانوي لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم ويحتوي على السيليكا والألومينا. عند مزجه مع الجير أو القلويات ، يمكن أن يتفاعل لتشكيل مصفوفة ربط. يستخدم بشكل شائع كمادة أسمنتية تكميلية في إنتاج الخرسانة.

ب. الخبث: الخبث منتج ثانوي لصناعة الحديد والصلب. يحتوي على نسبة عالية من الكالسيوم والسيليكا والألومينا. يمكن استخدام خبث أفران الصهر الحبيبية (GGBFS) كمواد رابطة لإنشاء خصائص اسمنتية.

ج. ميتاكولين: الميتاكولين عبارة عن طين الكاولين المكلس ، وهو غني بالألومينا والسيليكا. عند استخدامه كمادة رابطة ، يمكن أن يعزز القوة والمتانة في وقت مبكر. غالبًا ما يستخدم في الخلطات الخرسانية عالية الأداء.

د. دخان السليكا: دخان السليكا هو منتج ثانوي دقيق للغاية لإنتاج السليكون وسبائك الحديدوزيليكون. يتم استخدامه كمادة اسمنتية تكميلية لتحسين القوة والمتانة وتقليل النفاذية.

ه. الطين المكلس: الطين المكلس ، على غرار الميتاكولين ، هو طين تم تسخينه إلى درجات حرارة عالية لتفعيل خصائصه البوزولانية. إنه مكون رئيسي في LC3 (الأسمنت الطيني المكلس بالحجر الجيري).

ر. أكسيد المغنيسيوم: يمكن استخدام أكسيد المغنيسيوم كطرق ، وغالبًا ما يكون مع مواد أخرى ، لإنشاء منتجات بناء منخفضة الكربون.

ز. الروابط القلوية المنشطة: تستخدم هذه المجلدات محاليل قلوية لتنشيط مواد النفايات الصناعية مثل الخبث أو الرماد المتطاير أو البوزولان الطبيعي. أنها تشكل مصفوفة رابطة مماثلة للأسمنت ولكن مع انبعاثات الكربون أقل.

ح. الجير الهيدروليكي: يتم إنتاج الجير الهيدروليكي عن طريق حرق الحجر الجيري بدرجات حرارة أقل من تلك المستخدمة في الأسمنت البورتلاندي ، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات الكربون. يمكن استخدامه لتطبيقات البناء والجص.

ن. أكسيد المغنيسيوم: يمكن استخدام أكسيد المغنيسيوم كمادة رابطة ، غالبًا مع مواد أخرى ، لإنشاء منتجات بناء منخفضة الكربون.

ي. المجلدات المستندة إلى الحيوية: يستكشف بعض الباحثين مواد رابطة حيوية مصنوعة من النفايات الزراعية أو المنتجات الثانوية ، بهدف الحصول على بدائل مستدامة ومنخفضة الكربون.

كل رابط بديل له مزايا وقيود خاصة به ، ويمكن لهولدرشيم المساعدة في اختيار وتوريد المادة الرابطة ، والتي تعتمد على عوامل مثل التطبيق المطلوب ، والتوافر المحلي للمواد ، ومتطلبات الأداء ، والاعتبارات البيئية.

IV- الأسمنت المخفض الكربون: تقوم بعض الشركات بتطوير أسمنت بانبعاثات كربونية منخفضة. على سبيل المثال ، هناك أنواع الأسمنت منخفضة الكربون وغير الكربونية التي تهدف إلى خفض محتوى الكربون في الخرسانة مع الحفاظ على أدائها. يمكن أن تختلف التكاليف المرتبطة بإنتاج الأسمنت الخالي من الكربون اعتمادًا على الصيغة المحددة وطرق الإنتاج وظروف السوق. قد يكون للأسمنت منخفض الكربون تكاليف إنتاج أعلى قليلاً مقارنة بالأسمنت التقليدي ، لكن التكلفة الدقيقة لكل طن من تقليل ثاني أكسيد الكربون يمكن أن تختلف بشكل كبير.

LC3 ، والتي تعني “الاسمنت الطيني بالحجر الجيري المكلس” ، هو نوع من الأسمنت يهدف إلى تقليل انبعاثات الكربون مقارنة بالإسمنت البورتلاندي التقليدي. تم تطوير LC3 عن طريق استبدال جزء كبير من الكلنكر (المكون الرئيسي في إنتاج الأسمنت البورتلاندي) بالطين المكلس والحجر الجيري. هذه الصيغة المبتكرة للأسمنت لديها القدرة على الحد بشكل كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بإنتاج الأسمنت.

تم تصميم LC3 لمعالجة البصمة الكربونية العالية لإنتاج الأسمنت التقليدي ، والتي تُعزى في المقام الأول إلى عملية إنتاج الكلنكر. يتطلب إنتاج الكلنكر تسخين الحجر الجيري والمواد الخام الأخرى إلى درجات حرارة عالية جدًا ، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. من خلال استخدام الطين المكلس والحجر الجيري كبدائل جزئية للكلنكر ، يقلل LC3 من كمية الكلنكر اللازمة في الأسمنت ، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات الكربون.

يمكن أن يختلف تقليل الكربون الدقيق الذي تحققه LC3 بناءً على عوامل مثل التركيبة المحددة وطرق الإنتاج والظروف المحلية. ومع ذلك ، فإن LC3 لديه القدرة على تحقيق تخفيضات كبيرة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، مع تقديرات تشير إلى أنه يمكن أن يقلل الانبعاثات بنسبة تصل إلى 30-40 ٪ مقارنة بالإسمنت البورتلاندي التقليدي.

اكتسب LC3 الاهتمام كبديل أكثر صداقة للبيئة للأسمنت التقليدي نظرًا لقدرته على تقليل البصمة الكربونية الإجمالية لمواد البناء. ومع ذلك ، مثل أي تقنية جديدة ، يعتمد تنفيذها على عوامل مثل قبول السوق ، وتوافر المواد الخام ، والدعم التنظيمي ، والجدوى الاقتصادية.

بالإضافة إلى LC3 (الأسمنت الطيني المكلس بالحجر الجيري) ، هناك عدة أنواع أخرى من الأسمنت المخفف بالكربون والمواد الأسمنتية التي تهدف إلى خفض انبعاثات الكربون مقارنة بالأسمنت البورتلاندي التقليدي. وفيما يلي بعض الأمثلة على ذلك:

أ. أسمنت الجيوبوليمر: يتم إنتاج الأسمنت الجيوبوليمر عن طريق تنشيط مواد سيليكات الألمنيوم ، مثل الرماد المتطاير أو الخبث ، بمحلول قلوي. تتجنب هذه العملية إنتاج الكلنكر عالي الحرارة للأسمنت التقليدي ، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات الكربون بشكل كبير. يمكن أن يحقق الأسمنت الجيوبوليمر أداءً مشابهًا للأسمنت البورتلاندي أثناء استخدام المنتجات الثانوية الصناعية.

ب. أسمنت سلفو ألومينات الكالسيوم الغني بالبيليت (CSA): يتم تصنيع الأسمنت CSA من خلال الجمع بين كبريتات الكالسيوم والبوكسيت والحجر الجيري. ينتج عنه كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون أثناء الإنتاج مقارنة بالإسمنت التقليدي. يُعد أسمنت CSA الغني بالبلايت تقدمًا يستخدم نسبًا أعلى من البليت ومستويات أقل من الألومينات ، مما يقلل من انبعاثات الكربون.

ج. أسمنت أكسيد المغنيسيوم: يتم إنتاج هذا النوع من الأسمنت من أكسيد المغنيسيوم ، المشتق من المعادن الطبيعية أو العمليات الصناعية ، ويمكن خلطه بمواد أخرى مثل الرمل وألياف السليلوز لإنشاء مادة رابطة. لديها متطلبات طاقة أقل أثناء الإنتاج ويمكن أن تكون بديلاً منخفض الكربون.

د. الأسمنت المسحوق الزجاجي المعاد تدويره: يمكن استخدام الزجاج المعاد تدويره المطحون كبديل جزئي للأسمنت في الخلطات الخرسانية. هذا يقلل من الطلب على الكلنكر والمواد الخام ، مما يساهم في تقليل انبعاثات الكربون.

ه. أسمنت ألومينات الكالسيوم (CAC): على الرغم من أنه ليس خاليًا تمامًا من الكربون ، إلا أن أسمنت ألومينات الكالسيوم يحتوي على نسبة كربون أقل مقارنة بالأسمنت البورتلاندي نظرًا لانخفاض محتواه من الحجر الجيري. يتم استخدامه في التطبيقات المتخصصة التي تتطلب ضبطًا سريعًا ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة.

ر. الأسمنت المخلوط بأبخرة السيليكا: يمكن إضافة دخان السيليكا ، وهو منتج ثانوي لإنتاج السيليكون ، إلى خلطات الأسمنت لتحسين القوة والمتانة مع تقليل البصمة الكربونية. يتطلب إنتاج دخان السيليكا طاقة أقل لإنتاجه مقارنةً بالكلنكر.

ز. أسمنت الرماد المتطاير عالي الحجم: باستخدام كمية كبيرة من الرماد المتطاير كمواد اسمنتية تكميلية ، يمكن تقليل انبعاثات الكربون لأن الرماد المتطاير هو منتج ثانوي للنفايات لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم. يقلل هذا النهج من الحاجة إلى الكلنكر في إنتاج الأسمنت.

ح. الروابط القلوية المُنشَّطة: تستخدم المواد المُنشطة القلوية المحاليل القلوية لتنشيط مواد النفايات الصناعية مثل الخبث والرماد المتطاير والبوزولان الطبيعي. يمكن أن تقدم هذه المجلدات أداءً مشابهًا للأسمنت البورتلاندي بينما تنبعث منها غازات دفيئة أقل.

من المهم ملاحظة أن التوافر والأداء والفعالية من حيث التكلفة لبدائل الأسمنت المخفضة الكربون يمكن أن تختلف بناءً على عوامل مثل المواد الإقليمية ونضج التكنولوجيا ومتطلبات التطبيق المحددة. مع تطور مجال البناء المستدام ، تساهم جهود البحث والتطوير المستمرة في ظهور خيارات أسمنت جديدة ومحسّنة منخفضة الكربون.

V- ممارسات الاقتصاد الدائري: يمكن أن يكون لدمج المواد المعاد تدويرها في إنتاج الخرسانة تكاليف أقل نسبيًا مقارنة ببعض التقنيات الأخرى. ومع ذلك ، لا يزال من الممكن أن تختلف هذه التكاليف بناءً على عوامل مثل توافر وجودة المواد المعاد تدويرها والنقل والمعالجة.

فيما يلي بعض الأمثلة التي توضح كيف يمكن أن يكون لاستخدام المواد المعاد تدويرها تكاليف أقل نسبيًا مقارنة بتقنيات تقليل الكربون الأخرى:

أ. الركام المعاد تدويره: بدلاً من استخدام ركام محاجر جديد تمامًا ، يمكن استخدام الخرسانة المكسرة من الهياكل المهدمة كركام معاد تدويره في خلطات خرسانية جديدة. هذا النهج يلغي الحاجة إلى تعدين المواد الخام ، ويقلل من تكاليف الاستخراج والآثار البيئية المرتبطة بها. في حين أن معالجة ونقل الركام المعاد تدويره قد يؤدي إلى بعض التكاليف ، إلا أنهما غالبًا ما يكونان أقل من تكاليف استخراج الركام الجديد ومعالجته.

ب. الرماد المتطاير والخبث: هذه منتجات ثانوية للعمليات الصناعية ، مثل احتراق الفحم وإنتاج الصلب. عند استخدامها كمواد أسمنتية تكميلية في الخرسانة ، يمكن أن تحل محل جزء من الأسمنت ، مما يقلل من تكاليف المواد الخام وانبعاثات الكربون. نظرًا لأن الرماد المتطاير والخبث غالبًا ما يعتبران نفايات ، فيمكن الحصول عليهما بتكلفة منخفضة نسبيًا أو حتى بدون تكلفة ، مما يجعلهما خيارًا اقتصاديًا.

ج. الخرسانة المعاد تدويرها: يمكن سحق الهياكل الخرسانية المهدمة ومعالجتها لإنشاء ركام خرساني معاد تدويره (RCA). يمكن بعد ذلك استخدام RCA لإنتاج خرسانة جديدة ، مما يقلل من الحاجة إلى الركام البكر. عادة ما تكون تكلفة معالجة واستخدام الخرسانة المعاد تدويرها أقل من تكلفة التعدين ومعالجة الركام الجديد.

د. الصلب المعاد تدويره والألياف: يمكن أن يؤدي دمج الفولاذ المعاد تدويره في شكل ألياف فولاذية أو قضبان التسليح إلى خفض الكربون المتجسد في الهياكل الخرسانية. غالبًا ما يكون الفولاذ المعاد تدويره متاحًا بسهولة من المباني التي تم إنقاذها أو العمليات الصناعية. في حين أنه قد تكون هناك بعض تكاليف المعالجة ، فإن استخدام الفولاذ المعاد تدويره يمكن أن يكون منافسًا من حيث التكلفة مع الفولاذ الجديد ، خاصةً إذا كان من مصادر محلية.

ه. البلاستيك المعاد تدويره: في بعض الحالات ، يمكن دمج نفايات البلاستيك كبديل جزئي للرمل في الخلطات الخرسانية. في حين أن هذه التكنولوجيا لا تزال تتطور وقد يكون لها بعض القيود ، فإنها توضح كيف يمكن استخدام المواد المعاد تدويرها غير التقليدية لتقليل التكاليف المرتبطة بالمواد الخام التقليدية.

ر. المياه المستعادة: استخدام المياه العادمة المعالجة كماء مختلط في إنتاج الخرسانة هو شكل آخر من أشكال إعادة التدوير. يساعد في الحفاظ على موارد المياه العذبة مع تقليل الحاجة إلى عمليات معالجة المياه كثيفة الاستهلاك للطاقة. يمكن أن تساهم وفورات التكلفة من استخدام المياه المعالجة في الفعالية الإجمالية لإنتاج الخرسانة.

من المهم ملاحظة أنه في حين أن استخدام المواد المعاد تدويرها في إنتاج الخرسانة يمكن أن يوفر مزايا من حيث التكلفة ، إلا أن هناك أيضًا عوامل يجب مراعاتها ، مثل جودة المواد والاتساق والمتطلبات التنظيمية المحتملة. بالإضافة إلى ذلك ، قد يختلف توافر المواد المعاد تدويرها حسب الظروف المحلية. يجب وضع إجراءات الاختبار ومراقبة الجودة المناسبة لضمان أداء ومتانة الخلطات الخرسانية التي تحتوي على مواد معاد تدويرها.

VI- تصميم الخلط الخرساني المحسن: تحسين تصميمات الخلطات لتقليل محتوى الأسمنت يمكن أن يكون نهجًا فعالًا من حيث التكلفة ، حيث قد يتضمن تعديل نسب الركام والمواد الأسمنتية التكميلية. يمكن أن تختلف التكلفة لكل طن من تقليل ثاني أكسيد الكربون ، ولكنها تعتبر عمومًا في الطرف الأدنى من الطيف.

يعد تصميم مزيج الخرسانة المحسن بالفعل نهجًا قيمًا لتقليل البصمة الكربونية لإنتاج الخرسانة. من خلال تحسين نسب المزيج ودمج المواد الأسمنتية التكميلية ، يمكن لهذه الاستراتيجية أن تقدم فوائد بيئية واقتصادية. إليك تعليق على هذا النهج:

يعد تحسين تصميمات الخلطات الخرسانية لتقليل محتوى الأسمنت طريقة مستدامة وعملية للحد من انبعاثات الكربون. من خلال الضبط الدقيق لنسب الأسمنت والركام والمواد الأسمنتية التكميلية مثل الرماد المتطاير أو الخبث أو دخان السيليكا ، يمكن للصناعة تحقيق تخفيضات كبيرة في استهلاك الأسمنت دون المساس بالسلامة الهيكلية أو أداء الخرسانة. هذا لا يقلل فقط من التأثير البيئي المرتبط بإنتاج الأسمنت ولكن أيضًا يحافظ على الموارد الطبيعية.

علاوة على ذلك ، غالبًا ما يعتبر هذا النهج فعالاً من حيث التكلفة مقارنة ببعض تقنيات تقليل الكربون الأخرى. في حين أن التكلفة المحددة لكل طن لخفض ثاني أكسيد الكربون يمكن أن تختلف بناءً على عوامل مثل توافر المواد وظروف السوق المحلية وتكاليف النقل ، فإن النفقات الإجمالية يمكن التحكم فيها بشكل عام. غالبًا ما يقلل استخدام المواد الإسمنتية التكميلية من الاعتماد على الأسمنت ، والذي يمكن أن يكون محركًا كبيرًا للتكلفة في إنتاج الخرسانة.

ومع ذلك ، من المهم أن ندرك أن تحقيق النتائج المثلى من خلال تصميم مزيج الخرسانة المحسن يتطلب دراسة متأنية لعوامل مثل توافق المواد ، وقابلية تشغيل المزيج ، والمتانة على المدى الطويل. يعد الاختبار السليم ومراقبة الجودة ضروريين لضمان أن الخرسانة الناتجة تحافظ على القوة المطلوبة والمتانة وخصائص الأداء.

في الختام ، يعد تصميم مزيج الخرسانة المحسّن نهجًا عمليًا يتماشى جيدًا مع ممارسات البناء المستدامة. من خلال تقليل محتوى الأسمنت ودمج المواد الإسمنتية التكميلية ، يمكن للصناعة أن تساهم بشكل فعال في أهداف تقليل الكربون مع الاستفادة أيضًا من التوفير المحتمل في التكاليف. إنها استراتيجية تعرض إمكانات الابتكار داخل الصناعة ، حيث يمكن أن تسير المسؤولية البيئية والجدوى الاقتصادية جنبًا إلى جنب.

VII- المعالجة بالكربنة: يمكن أن تكون المعالجة بالكربنة فعالة من حيث التكلفة نسبيًا لأنها تستخدم ثاني أكسيد الكربون الذي يتم التقاطه من الغلاف الجوي أو من مصادر أخرى. قد تتضمن التكاليف في المقام الأول تعديلات البنية التحتية لتنفيذ عملية المعالجة ، والتكلفة لكل طن من ثاني أكسيد الكربون الملتقطة يمكن أن تكون معتدلة. في المتوسط ​​، يقوم المنتجون الذين يستخدمون المعالجة الكربونية في إنتاج الخلطة الجاهزة بتقليل محتوى الأسمنت بنسبة 4-6٪ دون المساومة على جودة أو أداء الخرسانة. بدلاً من ذلك ، يمكنهم اختيار زيادة قوة الخرسانة دون زيادة محتوى الأسمنت.

يمكن لمنتجي المزيج الجاهز أيضًا تجديد المواد القائمة على الأسمنت والمياه داخل خزان الملاط ، وتحويلها إلى موارد قيمة من خلال إعادة التدوير. نتيجة للتفاعل الناجم عن ثاني أكسيد الكربون ، تتشكل المواد الصلبة المعلقة متناهية الصغر في المياه المعالجة. تلعب هذه المواد الصلبة ، التي يتم جعلها مستقرة بواسطة CO₂ ، دورًا مفيدًا في تعزيز قوة الخرسانة في الخلطات المصاغة حديثًا ، وبالتالي يمكن إعادة استخدامها كعوامل ربط في خلطات الخرسانة الطازجة ، مما يعزز أداء الخرسانة أو يسمح بتقليل كمية الأسمنت المطلوبة. علاوة على ذلك ، من المهم ملاحظة أن المياه المستصلحة المعالجة بـ CO₂ تعمل على التخفيف من التقلبات غير المنتظمة في خصائص الخرسانة المخلوطة حديثًا ، وهي نتيجة غالبًا ما يتم ملاحظتها عند استخدام ملاط ​​المياه المستصلحة غير المعالجة في إنتاج الخرسانة الجديدة.

في المتوسط ​​، يقوم المنتجون بتجديد المواد القائمة على الأسمنت والمياه داخل خزان الملاط عن طريق حقن ثاني أكسيد الكربون في الماء الطيني ، وتقليل محتوى الأسمنت بحوالي 3٪ دون المساومة على جودة أو أداء الخرسانة.

فيما يلي شرح أكثر تفصيلاً عن المعالجة بالكربنة:

نظرة عامة إلى عملية المعالجة بالكربنة:

أ. وضع الخرسانة: يتم تطبيق المعالجة الكربونية بعد صب الخرسانة ومعالجتها في البداية. خلال فترة المعالجة ، تخضع الخرسانة للترطيب ، حيث تتفاعل جزيئات الأسمنت مع الماء لتكوين هلام هيدرات سيليكات الكالسيوم ، مما يوفر قوة للمادة.

ب. التعرض لثاني أكسيد الكربون: بعد فترة المعالجة الأولية ، تتعرض الخرسانة لبيئة غنية بثاني أكسيد الكربون. يمكن تحقيق ذلك من خلال تغليف الخرسانة في بيئة محكومة بمستويات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون أو باستخدام تقنيات مثل المعالجة الرطبة بالماء المشبع بـ CO₂.

ج. تفاعل الكربنة: يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع هيدروكسيد الكالسيوم (Ca (OH) ₂) الموجود في الخرسانة ، مما يؤدي إلى تكوين كربونات الكالسيوم (CaCO₃). يستهلك هذا التفاعل هيدروكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد الكربون ، وينتج الماء كمنتج ثانوي. يؤدي تحويل هيدروكسيد الكالسيوم إلى كربونات الكالسيوم إلى تكثيف وتقوية مصفوفة الخرسانة.

فوائد المعالجة بالكربنة:

أ. القوة والمتانة المعززة: المعالجة الكربونية تؤدي إلى تكوين بلورات كربونات الكالسيوم الإضافية داخل البنية المجهرية للخرسانة. هذا يساهم في تحسين قوة الضغط ومقاومة التآكل ومتانة المواد بمرور الوقت.

ب. انخفاض النفاذية: يؤدي تكثيف قالب الخرسانة من خلال الكربنة إلى تقليل النفاذية ، مما يجعل الخرسانة أقل عرضة لدخول الرطوبة والمواد الكيميائية والعوامل العدوانية التي يمكن أن تسبب التدهور.

ج. تنحية ثاني أكسيد الكربون: تلتقط المعالجة الكربونية بفاعلية وثاني أكسيد الكربون داخل الخرسانة. تعزز هذه العملية استدامة إنتاج الخرسانة من خلال استخدام ثاني أكسيد الكربون الملتقط وتقليل انبعاثاتها.

د. كفاءة الطاقة: تتطلب المعالجة بالكربنة غالبًا مدخلات طاقة أقل مقارنة بأساليب المعالجة التقليدية القائمة على الحرارة. يمكن استخدامه في درجات الحرارة المحيطة ، مما يقلل الحاجة إلى طاقة إضافية للتدفئة.

الاعتبارات و تحديات المعالجة بالكربنة:

• يعتمد عمق الكربنة على عوامل مثل تركيب الخرسانة وظروف المعالجة وتوافر هيدروكسيد الكالسيوم. لذلك ، قد لا تتغلغل المعالجة الكربونية بعمق في العناصر الخرسانية السميكة.

• تكون العملية أبطأ نسبيًا من المعالجة المعتمدة على الحرارة ، لذا فقد لا تكون مناسبة للتطبيقات التي تتطلب اكتسابًا سريعًا للقوة.

• قد لا تكون المعالجة بالكربنة مناسبة للبيئات التي قد يكون فيها التآكل الناجم عن الكربنة لصلب التسليح مصدر قلق.

المعالجة بالكربنة هي تقنية مستدامة تعمل في نفس الوقت على تحسين أداء الخرسانة وتساهم في التقاط واستخدام ثاني أكسيد الكربون. إن قدرتها على تعزيز القوة والمتانة والاستدامة تجعلها خيارًا جذابًا لمشاريع البناء التي تبحث عن ممارسات صديقة للبيئة. ومع ذلك ، فإن الدراسة المتأنية للمتطلبات الخاصة بالمشروع والتحديات المحتملة ضرورية للتنفيذ الناجح.