Earth 2050
جدید

تولید

بتن سبز

آیا بتن سبز راه‌حل تغییرات اقلیمی است؟

بتن سبز می‌تواند به کاهش یکی از بزرگ‌ترین منابع انتشار کربن در جهان کمک کند. بتن پرکاربردترین ماده جامد روی زمین است، اما تولید ماده اصلی آن، سیمان، حدود ۸٪ از انتشار جهانی CO2 را ایجاد می‌کند. پس بشر چطور می‌تواند به ساخت‌وساز ادامه دهد، بدون اینکه تغییرات اقلیمی را بدتر کند؟ از بتن بازیافتی و عمل‌آوری با کربن گرفته تا سوخت‌های پاک‌تر، مواد سیمانی مکمل و مواد فعال‌شده با قلیا، نشان می‌دهیم بتن سبز چطور می‌تواند پایه‌ای برای آینده‌ای پاک‌تر باشد.

دانلود راهنما
تأثیرسرعتهزینهبلوغ فناوریطبیعت

۳٫۲کلی

امتیاز این راه‌حل

  • تأثیر4 / 5تولید سیمان به‌تنهایی باعث حدود ۸٪ از انتشارهای جهانی می‌شود.
  • سرعت3 / 5با ارتقای کارخانه‌های تولید، می‌توان ترکیب‌های جدید را به کار گرفت.
  • هزینه3 / 5اول کار گران است، اما وقتی تولیدش بالا برود با بتن معمولی قابل‌مقایسه می‌شود.
  • بلوغ فناوری3 / 5سیمان‌های ترکیبی رایج‌اند، چسباننده‌های بدون سیمان هنوز در مراحل اولیه‌اند.
  • طبیعت3 / 5معدن‌کاری و پسماند کمتر، هرچند بتن همچنان منابع زیادی مصرف می‌کند.

راهنما

این متنِ تصویریِ فیلم است. این راهنما فعلاً فقط به انگلیسی در دسترس است - زبان شما به‌زودی می‌آید.

راهنما 1/13راهنما 2/13راهنما 3/13راهنما 4/13راهنما 5/13راهنما 6/13راهنما 7/13راهنما 8/13راهنما 9/13راهنما 10/13راهنما 11/13راهنما 12/13راهنما 13/13

آزمون

سوال 1 از 10

اگر تولید بتن یک کشور بود، از نظر انتشار CO2 چه رتبه‌ای داشت؟

امتیاز 0 / 10

متن گفتار

دایره‌های سنگی، هرم‌ها، دیوارهای بزرگ، حتی قلعه‌های شنی، انسان‌ها همیشه عاشق ساختن چیزها بوده‌اند. و با اینکه مصالح ساختمانی زیادی برای انتخاب دارند، هیچ‌کدام به اندازه بتن محبوب نیست.

به لطف ویژگی‌های خاصش، بتن پرمصرف‌ترین ماده جامد در دنیاست [1,2,3]. در واقع، بتن - همراه با دیگر مواد ساخته دست انسان - حالا از وزن همه گیاهان و جانوران روی زمین بیشتر است [4,5,6].

متأسفانه، تولید بتن گازهای گلخانه‌ای مضر آزاد می‌کند و مسئول ۸٪ از انتشار کربن جهانی است [7,8]. اگر بتن یک کشور بود، سومین آلوده‌کننده بزرگ سیاره می‌شد [9,10].

پس اگر انسان‌ها می‌خواهند دنیایی پاک‌تر بسازند، به راه‌حل نیاز دارند؛ و بتن سبز کلید ماجراست.

شکل‌های ابتدایی بتن بیش از ۱۰٬۰۰۰ سال پیش در خاورمیانه برای ساخت کف استفاده می‌شدند [11,12,13]، اما اولین کسانی که واقعاً در آن استاد شدند، رومیان باستان بودند که با آن پانتئون را ساختند، که تا امروز بزرگ‌ترین گنبد بتنی بدون آرماتور دنیاست [14,15,16].

متأسفانه، رازهای بتن در گذر زمان گم شدند [11-16]. تا سال ۱۸۲۴ طول کشید که بنای بریتانیایی Joseph Aspdin، هنگام ور رفتن در آشپزخانه‌اش، دوباره راه ساخت سیمان، ماده اصلی بتن، را کشف کند [12,17,18] و راه را برای بتنی باز کرد که می‌توانست با بتن روم باستان رقابت کند.

امروز، انسان‌ها سالی ۳۰ میلیارد تن متریک از این ماده تولید می‌کنند [19]. این مقدار هر سال برای پوشاندن اتریش با ۱۵ سانتی‌متر بتن کافی است! [20,21,22]. و با بیشتر شدن تقاضا، انتشارها هم بیشتر می‌شوند. اما بتن دقیقاً چطور CO2 تولید می‌کند؟

خب، بتن در اصل یک سنگ مصنوعی است. مثل یک قلعه شنی، از شن، به‌اضافه شن‌ریزه و آب ساخته می‌شود. اما سیمان را اضافه کن، آن ماده جادویی که همه‌چیز را به هم می‌چسباند [23-27] و مخلوط مثل سنگ سفت می‌شود.

متأسفانه، سیمان هم تقریباً همه انتشارها را تولید می‌کند [26-29]. برای فهمیدن دلیلش، باید ببینیم چطور ساخته می‌شود.

دستورش به‌طرز عجیبی ساده است، اما فرایندش حسابی پیچیده است:

اول، مقدار زیادی سنگ آهک بردار، که معمولاً از صدف‌ها و فسیل‌های موجودات دریایی ساخته شده که میلیون‌ها سال پیش زندگی می‌کردند. این سنگ هم کلسیم لازم برای سیمان را دارد و هم کربن گیر افتاده را در خودش نگه می‌دارد [30-33].

برای رسیدن به کلسیم، آن را خرد می‌کنی و بعد کمی خاک رس و یک ذره شن اضافه می‌کنی. بعد این مخلوط را پیش‌گرم می‌کنند و وارد یک کوره دوار می‌کنند تا در دمای داغ ۱۴۵۰°C با هم مخلوط شوند تا سنگ آهک بسوزد. این کار ماده‌ای سرشار از کلسیم به نام کلینکر می‌سازد [23-27,34-37].

اما سوزاندن موجودات دریایی فسیل‌شده مقدار زیادی CO2 آزاد می‌کند، و چون برای تولید گرما سوخت‌های فسیلی می‌سوزانند، CO2 بیشتری هم تولید می‌شود [38-42].

هنوز دنبال می‌کنی؟ ما اینجاییم!

بعد، کلینکر را با گچ و مواد افزودنی دیگر مخلوط کن، سپس همه را در آسیاب خرد کن تا پودر سیمان تولید شود [34,35].

فقط مانده سیمان را با آب، شن، شن‌ریزه و دیگر سنگدانه‌ها مخلوط کنی [23-27] و تمام! تو بتن ساختی!

همراه با یک عالمه آلودگی. و همان‌طور که می‌بینی، بیشتر انتشارها از تولید سیمان می‌آیند، و بزرگ‌ترین بخشش هم از سوزاندن آن همه سنگ آهک تولید می‌شود! [38-43]

در واقع، هر ۱٬۰۰۰ کیلوگرم سیمان در مخلوط، ۹۰۰ کیلوگرم CO2 تولید می‌کند [43,44,45].

پس انسان‌ها چطور می‌توانند انتشارهای سنگ مصنوعی محبوبشان را کم کنند؟ خب، چند راه‌حل وجود دارد [43-50].

ساده‌ترین راه‌حل در کوتاه‌مدت این است که فقط از بتن بهینه‌تر استفاده کنیم [43-48,50]. در حال حاضر، بیشتر سازه‌ها با بتنی خیلی بیشتر از نیاز واقعی‌شان ساخته می‌شوند، برای همین خیلی از معمارها حالا طراحی‌ها را بهینه می‌کنند تا بتن کمتری مصرف شود، تقاضا پایین بیاید و انتشارها کم شوند.

بهره‌وری با خرد کردن بتن قدیمی و استفاده دوباره از آن در مخلوط‌های بتن جدید هم بهتر می‌شود [51,52,53]، و فناوری‌های تازه و هیجان‌انگیزی مثل بازیافت برقی هم در حال آزمایش‌اند [54]. این روش از برق تجدیدپذیر در یک کوره قوس الکتریکی استفاده می‌کند تا بتن و فولاد را با هم بازیافت کند، انتشارهای فولادسازی را کم کند و در این فرایند سیمان بسازد. تازه بهتر از این، این سیمان از نظر تئوری بدون کربن است [54].

با اینکه این یک پیشرفت بزرگ است، اشتهای انسان‌ها برای بتن آن‌قدر زیاد است که بتن بازیافتی هیچ‌وقت نمی‌تواند پاسخگوی تقاضا باشد.

راهبرد بعدی جایگزین کردن سوخت‌های فسیلی لازم برای تولید است. آسیاب‌ها می‌توانند با برق تجدیدپذیر پاک از باد و خورشید کار کنند [55,56]. اما رسیدن به دمای داغ کوره فقط با برق سخت است، پس می‌شود از سوخت‌های جایگزینی مثل هیدروژن سبز [57-61] یا زیست‌توده پایدار [61-64] استفاده کرد. با حذف نیاز به سوخت‌های فسیلی مثل زغال‌سنگ، این سوخت‌های جایگزین می‌توانند انتشار CO2 را حسابی کم کنند [50].

اما متأسفانه چند مشکل وجود دارد…

زیست‌توده بیشتر از چوب به دست می‌آید و با قطع درخت‌ها تهیه می‌شود، پس تولید پایدارش سخت است [65,66,67]. و با اینکه هیدروژن سبز امیدوارکننده است، تولید مقدار کافی از آن به گسترش عظیم برق تجدیدپذیر لازم برای ساختش نیاز دارد [68,69,70].

پس فعلاً، این راه‌حل‌ها خیلی با اثرگذاری جدی فاصله دارند. و حتی اگر این سوخت‌ها کوره را روشن کنند، باز هم باید سنگ آهک را بسوزانی که مسئول بیش از نیمی از انتشارهای تولید سیمان است [38-43].

واضح است که بشر هنوز به روش‌های دیگری نیاز دارد.

اغلب از جذب کربن به عنوان جواب یاد می‌شود [71-78]. این فناوری که برای گرفتن CO2 هنگام آزاد شدنش و ذخیره آن زیر زمین استفاده می‌شود، می‌تواند انتشارها را کم کند، اما نمی‌تواند همه‌شان را بگیرد [50,79,80]. بدتر اینکه، گرفتن، انتقال و ذخیره کردن آن همه کربن سخت و فوق‌العاده گران است و همیشه هم آن‌قدر مؤثر نیست! [43,77,78,81]

اما اگر می‌شد بخشی از آن CO2 را در خود تولید بتن استفاده کرد؟

این هم از عمل‌آوری با کربن:

این روش محبوب شامل پمپ کردن بخشی از CO2 جذب‌شده به داخل بتن هنگام مخلوط کردن است، جایی که از نظر شیمیایی در آن جا می‌گیرد، و شاید بتن را محکم‌تر و هزینه‌اش را کمتر کند [82-91]. راه‌حل خوبی است، اما فقط می‌تواند با بخشی از انتشارهای تولید سیمان کنار بیاید [92].

پس برای رسیدن واقعی به بتن سبز، انسان‌ها دارند دستور ساخت را عوض می‌کنند، و یکی از بهترین راه‌ها برای این کار، اضافه کردن موادی به نام SCM به جای بخشی از سیمان آلاینده است [45-49,93-97].

این‌ها از مواد پودری ریزی مثل خاکستر بادی نیروگاه‌های زغال‌سنگ یا سرباره صنعت فولاد ساخته می‌شوند. چون هر دو محصول جانبی هستند، این کار به پاک‌سازی محیط زیست هم کمک می‌کند، و چون SCMها مقدار سیمان لازم را کم می‌کنند، می‌توانند انتشارها را بین ۱۵ و ۴۰٪ پایین بیاورند [48,97]. تازه بهتر از این، استحکام و دوام بتن را هم بیشتر می‌کنند [98,99,100].

متأسفانه، این‌ها به‌تنهایی هیچ‌وقت نمی‌توانند سیمان را کامل جایگزین کنند، اما یک راه‌حل هست… یک محلول قلیایی!

اگر موادی مثل محصولات جانبی صنعتی استفاده‌شده برای SCMها را برداری و با محلول‌های قلیایی مخلوط کنی، می‌شود یک ماده چسباننده ساخت که کاملاً جای سیمان را بگیرد [101-104]. و چون لازم نیست مواد لازم برای سیمان معمولی را استخراج، خرد، آسیاب یا بسوزانی، بتن حاصل می‌تواند انتشارها را تا ۹۰٪ کم کند [49,104-107].

اسمش بتن فعال‌شده با قلیا است، و با اینکه هنوز در مقیاس بزرگ به کار گرفته نشده [108,109,110]، همین حالا هم در سراسر دنیا استفاده می‌شود [111-123].

انسان‌ها بیش از هر زمان دیگری عاشق ساختن‌اند، هر ۳ روز مساحتی به اندازه منهتن می‌سازند، اما آیا می‌توانند این کار را بدون گرم کردن سیاره انجام دهند؟ [124]

خب، بله!

با سرمایه‌گذاری در پژوهش و توسعه، به کار گرفتن همه راه‌حل‌های موجود، و گسترش تولید برق تجدیدپذیر برای پشتیبانی از آن‌ها، بشر بالاخره می‌تواند دستور بتن سبز را کامل کند و آینده‌ای بدون کربن بسازد!

مشاوران متخصص

مایلیم از این افراد تشکر کنیم

Prof. Susan Bernal

دانشگاه لیدز

دانشکده مهندسی عمران

Caitlin Swalec

پایشگر جهانی انرژی

مدیر برنامه: صنایع سنگین

ویدیوهای بیشتر

این منابع مستقل هستند. همه‌چیزهایی که اینجا لینک شده‌اند به انگلیسی هستند.

مطالعه بیشتر

این منابع مستقل هستند. همه‌چیزهایی که اینجا لینک شده‌اند به انگلیسی هستند.

مقیاس بتن

تاریخچه

تولید و انتشارها

کربن‌زدایی بتن

بازیافت

سوخت‌های تجدیدپذیر

جذب، استفاده و ذخیره‌سازی کربن

مواد مکمل سیمانی (SCMs)

بتن قلیایی‌فعال (ژئوپلیمر)

بررسی‌های گسترده

منابع

همه‌چیزهایی که اینجا لینک شده‌اند به انگلیسی هستند.

  1. [1] معمای بتن | Chemistry World | Royal Society of Chemistry (در نسخه چاپی)
  2. [2] سیمان و بتن به‌عنوان مصالح مهندسی: بررسی تاریخی و تحلیل مطالعه‌های موردی | Engineering Failure Analysis
  3. [3] بتن | Designing Buildings Magazine
  4. [4] جرم ساخته‌شده به دست انسان در جهان از کل زیست‌توده زنده بیشتر است | Nature (در: چه مقدار جرم ساخته‌شده به دست انسان روی زمین وجود دارد؟ | World Economic Forum) (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  5. [5] پراکندگی زیست‌توده روی زمین | PNAS (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  6. [6] تأثیر غیرمنتظره زیاد مدیریت جنگل و چرای دام بر زیست‌توده پوشش گیاهی جهان | Nature (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  7. [7] بتن باید ردپای کربنی عظیمش را کم کند | Nature
  8. [8] ایجاد تغییر در بتن: نوآوری در سیمان و بتن کم‌کربن | Chatham House
  9. [9] Global Carbon Atlas | Global Carbon Project (از Global Carbon Budget 2024 | ESSD)
  10. [10] EDGAR - پایگاه داده انتشارها برای پژوهش‌های جوی جهانی | European Commission
  11. [11] چند نکته درباره بتن باستانی | International Journal of Sciences
  12. [12] اثرات غیرمنتظره نوآوری‌های تاریخی بتن | International Journal of Heritage Architecture
  13. [13] ملات و بتن: پیش‌سازهای مصالح مدرن | International Journal of Architectural Heritage
  14. [14] بتن رومی - فناوری‌های مهندسی باستان | UW-Madison
  15. [15] اختلاط داغ: بینش‌های سازوکاری درباره دوام بتن روم باستان | Science Advances (بیانیه‌های خبری: معما حل شد: چرا بتن رومی این‌قدر بادوام بود؟ | MIT News; مطالعه‌ای تازه رازهای بتن رومی را آشکار می‌کند | The Past)
  16. [16] سیمان‌های معدنی Phillipsite و Al-tobermorite که از واکنش‌های آب-سنگ در دمای پایین در بتن دریایی رومی تولید می‌شوند | American Mineralogist (بیانیه خبری: آب دریا چگونه بتن روم باستان را محکم می‌کند | UNews)
  17. [17] Joseph Aspdin | بنای بریتانیایی | Britannica
  18. [18] Joseph Aspdin (1778-1855) | They Lived in Leeds | Thoresby Society
  19. [19] به سوی بتن پایدار | Nature Materials
  20. [20] Wright Mix | ابعاد میکسر بتن (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  21. [21] به‌زودی بتن روی زمین از زیست‌توده بیشتر می‌شود | Heatmap News (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  22. [22] مساحت اتریش (km²) | European Health Information Gateway | WHO European Region (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  23. [23] بتن: اصول علمی | Department of Materials Science and Engineering | University of Illinois Urbana-Champaign
  24. [24] سیمان چطور ساخته می‌شود؟ بتن در برابر سیمان: چه فرقی دارند؟ | Chart Industries
  25. [25] بتن از چه ساخته می‌شود؟ | Everything About Concrete
  26. [26] بتن | Carbon Smart Materials Palette | Architecture 2030
  27. [27] چرا انتشارهای سیمان برای تغییرات اقلیمی مهم‌اند | Carbon Brief
  28. [28] ماشین‌حساب ردپای کربن نهفته بتن | Circular Ecology
  29. [29] کاهش کربن و آلودگی سمی، پاک و سبز کردن سیمان | NRDC
  30. [30] سنگ آهک | ویژگی‌ها، شکل‌گیری، بافت، کاربردها و واقعیت‌ها | Britannica
  31. [31] سنگ آهک: سنگ رسوبی شیمیایی کربنات کلسیم | Geology.com
  32. [32] سنگی به نام سنگ آهک | Nordkalk
  33. [33] بررسی اهمیت زمین‌شناسی و کاربرد صنعتی سنگ آهک: یک مرور جامع | IEM Journal
  34. [34] سیمان چطور ساخته می‌شود | Portland Cement Association
  35. [35] فرایند تولید سیمان | ThermoFisher Scientific
  36. [36] تولید کلینکر - مروری کلی | ScienceDirect Topics
  37. [37] فرایند تولید کلینکر | Japan Ministry of the Environment
  38. [38] انتشارهای CO2 از تولید سیمان | IPCC
  39. [39] صنعت سیمان و انتشارها | Cement Industry Federation
  40. [40] محاسبه انتشارهای فرایندی CO2 از تولید سیمان | GHG Protocol
  41. [41] سیمان، پسماند و بازار کربن | European Commission
  42. [42] انتشارهای صنعت سیمان - State of the Planet | Columbia Climate School
  43. [43] پژوهش: بازنگری در سیمان | فناوری پاک | Beyond Zero Emissions - Australia
  44. [44] دیدگاه‌هایی درباره انتشار محیط‌زیستی CO2 و عامل انرژی در صنعت سیمان | IOPscience
  45. [45] بتن کم-کربن می‌تواند با گرمایش جهانی مقابله کند | ASME
  46. [46] آیا ترکیب‌ها و چسباننده‌های متفاوت می‌توانند انتشارهای CO2 را آن‌قدر کم کنند که تفاوتی ایجاد شود؟ | RIBAJ
  47. [47] پنج نکته درباره گذار صنعت بتن و سیمان به خالص صفر | RMI
  48. [48] ۱۰ راه برتر برای کاهش ردپای کربن بتن | NRMCA
  49. [49] سه فناوری برای کاهش تغییرات اقلیمی | Gigaton
  50. [50] Concrete Future | Global Cement and Concrete Association (برای جزئیات کاهش انتشارها، صفحه Getting to Net Zero | Global CCA را ببینید)
  51. [51] آیا بتن قابل بازیافت است؟ | Sika Group
  52. [52] چطور بتن قدیمی‌تان را بازیافت کنید | Concrete Drilling Services
  53. [53] بازیافت ضایعات بتن برای اقتصاد چرخشی | Waste Managed
  54. [54] بازیافت برقی سیمان پرتلند در مقیاس بزرگ | Nature (بیانیه‌های خبری: University of Cambridge, BBC News, ScienceDaily)
  55. [55] کربن‌زدایی تولید سیمان با برق‌رسانی | Journal of Cleaner Production
  56. [56] واحدهای آسیاب سیمان با برق ۱۰۰٪ تجدیدپذیر | CMA India
  57. [57] HeidelbergCement با استفاده از فناوری هیدروژن، سیمان با ترکیب سوخت اقلیم-خنثی تولید می‌کند | Heidelberg Materials
  58. [58] کوره‌های سیمان در اقتصاد هیدروژن سبز | PACA
  59. [59] سیمان کربن-خنثی: نقش هیدروژن سبز | International Journal of Hydrogen Energy
  60. [60] استفاده از سوخت‌های جایگزین در صنعت سیمان | Proceedings of the 12th International Conference on Protection and Restoration of the Environment
  61. [61] گزینه‌های تغییر سوخت سایت‌های تولید سیمان بریتانیا به سوخت با انتشار نزدیک به صفر CO2: امکان‌سنجی فنی و مالی | UK Gov
  62. [62] تغییر سوخت - انرژی کوره کربن‌خنثی و بدون کربن | MPA UK Concrete
  63. [63] به‌کارگیری bio-CCS در بخش سیمان | IEA Bioenergy
  64. [64] گذار پایدار به سوی صنعت سیمان مبتنی بر زیست‌توده: یک مرور | Renewable and Sustainable Energy Reviews
  65. [65] تحلیلی جهانی از جنگل‌زدایی ناشی از توسعه سوخت زیستی | CIFOR-ICRAF
  66. [66] سیاست‌های سوخت زیستی تا سال ۲۰۳۰ جنگل‌زدایی را به‌شدت افزایش می‌دهند - پژوهش | EU Transport & Environment
  67. [67] زیست‌توده تا سوخت زیستی: اثرات و کاهش چالش‌های زیست‌محیطی، سلامت و اجتماعی-اقتصادی | Energy Conversion & Management X
  68. [68] Renewables 2022 | IEA (در: پیش‌بینی می‌شود تولید جهانی هیدروژن سبز تا ۲۰۲۷ به ۵۰ گیگاوات انرژی تجدیدپذیر نیاز داشته باشد: IEA | Hydrogen Insight)
  69. [69] هشداری درباره هیدروژن سبز: مقدار باد و خورشید موردنیاز بسیار زیاد است | Recharge
  70. [70] خلق نقطه عطف: سیاست‌های هیدروژن سبز و هزینه‌های فناوری | IRENA
  71. [71] مروری بر جذب و ذخیره‌سازی CO2 در صنعت ساخت‌وساز: رویکردهای نوظهور و فناوری‌های تجاری‌شده | Journal of CO2 Utilization
  72. [72] جذب، استفاده و ذخیره‌سازی کربن | Global Cement & Concrete Association
  73. [73] جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS): راه پیش رو | Energy & Environmental Science | Royal Society of Chemistry
  74. [74] راهنمای صنعتی جذب و ذخیره‌سازی کربن در کارخانه‌های سیمان | US Department of Energy
  75. [75] با جذب کربن، بتن شاید روزی به مخزن کربن تبدیل شود | NRDC
  76. [76] Brevik CCS - نخستین تأسیسات جذب CO₂ جهان در صنعت سیمان | Brevik CCS | Heidelberg Materials
  77. [77] جذب کربن برای کاهش انتشار CO2 در صنعت سیمان آلمان | Energies
  78. [78] جذب کربن در صنعت سیمان: کاهش انتشارها | Verde AgriTech
  79. [79] ارزیابی خطر نشت در یک محل ذخیره‌سازی CO2: یک مرور | Earth-Science Reviews
  80. [80] Unabated: the Carbon Capture and Storage 86 billion tonne carbon bomb aimed at derailing a fossil phase-out | Climate Analytics
  81. [81] آیا جذب کربن خیلی گران است؟ - تحلیل | IEA
  82. [82] جذب کربن در بتن فوق‌پرمقاومت با عمل‌آوری CO2 تحت فشار | Construction and Building Materials (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  83. [83] عمل‌آوری بتن با دی‌اکسید کربن | International Research Journal of Engineering and Technology (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  84. [84] ادغام ذخیره‌سازی کربن در فرایند عمل‌آوری بتن پیش‌ساخته | Canadian Journal of Civil Engineering (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  85. [85] ذخیره‌سازی کربن از طریق کربناته‌کردن بلوک‌های بتنی | Journal of Clean Energy Technologies (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  86. [86] تبدیل بتن از یک مشکل کربنی به یک راه‌حل کربنی | Engineering Update (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  87. [87] عملکرد بتن عمل‌آوری‌شده با کربناته‌سازی | Materials (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  88. [88] استفاده از کربن با بتن CarbonCure: راه‌حلی قابل‌اندازه‌گیری و قابل‌راستی‌آزمایی | CarbonCure Technologies (همچنین ببینید فناوری بتن آماده CarbonCure - مخلوط بتن بهینه‌شده | CarbonCure Technologies) (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  89. [89] شرکت‌های سیمان و بتن پیشرو در گذار به انتشار خالص صفر | Center for American Progress (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  90. [90] سیمان کربنات کلسیم: یک روش جذب، استفاده و ذخیره‌سازی کربن (CCUS) | Materials (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  91. [91] ویژگی‌های مکانیکی بتن هنگام عمل‌آوری با دی‌اکسید کربن | IJEAT (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  92. [92] استفاده از دی‌اکسید کربن در عمل‌آوری یا مخلوط‌کردن بتن شاید سود خالصی برای اقلیم نداشته باشد | Nature Communications (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  93. [93] مواد مکمل سیمانی | NAHB
  94. [94] مواد مکمل سیمانی - یک مرور کلی | ScienceDirect Topics
  95. [95] مبانی SCM | EcoSmart Concrete
  96. [96] تبدیل پسماند به مصالح ساختمانی پایدار: مروری بر پیشرفت‌ها و چشم‌اندازهای اخیر | Materials Today Sustainability
  97. [97] SCMها: مزایای زیست‌محیطی و کیفی | International Cement Review
  98. [98] عملکرد بلندمدت مقاومت و دوام بتن سازگار با محیط زیست با SCMها | Innovative Infrastructure Solutions
  99. [99] عملکرد مکانیکی و دوام بتن‌های پایدار حاوی SCMهای رایج و نوظهور | Developments in the Built Environment
  100. [100] تأثیر SCMهای مختلف بر دوام و ویژگی‌های مکانیکی کامپوزیت سیمانی | Heliyon
  101. [101] مواد فعال‌شده با قلیا | Global Cement & Concrete Association
  102. [102] ژئوپلیمرها: جایگزین سبز مواد سنتی برای کاربردهای مهندسی | Infrastructures
  103. [103] ژئوپلیمرها به‌عنوان جایگزینی برای سیمان پرتلند: یک مرور کلی | Construction and Building Materials
  104. [104] بتن ژئوپلیمری برای ساخت‌وساز پاک و پایدار - مروری بر تازه‌ترین روش‌های طراحی مخلوط | Structures
  105. [105] مقایسه و بررسی انتشار دی‌اکسید کربن در مواد فعال‌شده با قلیا و بتن سیمان OPC | Journal of Traffic and Transportation Engineering
  106. [106] کاربردهای سیمان ژئوپلیمری با محوریت محیط زیست | Geopolymer Institute
  107. [107] سیمان ژئوپلیمری - مرور | Geopolymer Institute
  108. [108] آزمایش استفاده از بتن بدون سیمان در محیط دریایی توسط Port of Rotterdam Authority | Port of Rotterdam
  109. [109] آزمایش بتن ژئوپلیمری نوآوری مشترک را به نمایش می‌گذارد | Transport for NSW
  110. [110] Suvo Strategic Minerals بتن‌ریزی‌های آزمایشی موفق بتن ژئوپلیمری را تکمیل کرد | The Assay
  111. [111] تجاری‌سازی بتن ژئوپلیمری در استرالیا | IBCC (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  112. [112] راهکارهای ژئوپلیمری مستقر در آمریکا برای محیط‌های سخت - Alchemy Geopolymer Solutions | AGS (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  113. [113] توسعه بتن ژئوپلیمری سبز خودتراکم با استفاده از پسماند بازیافتی و اجرای اصل اقتصاد چرخشی | Indian Institute of Technology Madras (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  114. [114] بتن بدون سیمان | UK GBC (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  115. [115] ژئوپلیمر از کائولن در چین: یک مرور کلی | Applied Clay Science (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  116. [116] سامانه‌های بتن ژئوپلیمری برای تولید مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست | TUDelft (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  117. [117] بتن بدون سیمان Wagners طرفدار پیدا می‌کند | Financial Review (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  118. [118] سیمان و بتن ژئوپلیمری بر پایه خاکستر بادی مالزی: فرآوری و کاربرد | AbeBooks (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  119. [119] مطالعات ژئوپلیمر در برزیل: فراتحلیل و چشم‌اندازها | IJEAT (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  120. [120] سیلیکات‌های محلول | GeoMITS (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  121. [121] توسعه و کاربردهای اخیر کامپوزیت‌های بتن-پلیمر در کره | De Gruyter (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  122. [122] چاپ بتن ژئوپلیمری | Singapore Centre for 3D Printing | NTU Singapore (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  123. [123] GEOPOLYMER_101 | Renca Geopolymer (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)
  124. [124] نقشه‌برداری با تفکیک‌پذیری بالای مکانی-زمانی از تغییرات شهری جهان از ۱۹۸۵ تا ۲۰۱۵ | Nature Sustainability (به یادداشت‌های مرجع* مراجعه کنید)

یادداشت‌های مرجع

4,5,6

مواد مصنوعی جهان از کل زیست‌توده زنده بیشتر است

مقایسه گزارش‌شده در نشریه Nature [4] بر پایه جرم خشک است، نه وزن تر. برآوردهای زیست‌توده، محتوای آب را که در جانداران چشمگیر است، حساب نمی‌کنند.

منظور از مواد ساخته‌شده به دست انسان، جرم خشک تجمعی مواد بی‌جانِ انسان‌ساخت است (مثلاً بتن، سنگدانه‌ها، فلزات، پلاستیک‌ها و غیره). این یافته نشان می‌دهد که مجموع جرم خشک مواد انسان‌ساخت حدود سال ۲۰۲۰ از مجموع جرم خشک زیست‌توده جهانی بیشتر شد.

20,21,22

تولید سالانه بتن و مقایسه آن با مساحت اتریش

هر متر مکعب بتن به‌طور میانگین ۲٫۴ تن متریک وزن دارد [20]. بنابراین ۳۰ میلیارد تن متریک = ۱۲٫۵ میلیارد متر مکعب. این مقدار توسط [21] تأیید می‌شود.

با تبدیل به کیلومتر مکعب، ۱۲٫۵ میلیارد متر مکعب برابر با ۱۲٫۵ km3 است.

مساحت اتریش ۸۳٬۸۷۹ km² است [22].

برای پیدا کردن ضخامت بتن، حجم را بر مساحت سطح تقسیم کنید: ۱۲٫۵ km3 / ۸۳٬۸۷۹ km2 = ۰٫۰۰۰۱۴۹۰۲۴۲ km.

۰٫۰۰۰۱۴۹۰۲۴۲ km = ۱۴٫۹۰۲۴۲ cm = ۵٫۸۶۷۱ in

23,38-42

کلسیناسیون سنگ آهک در تولید سیمان

در فیلم‌نامه، «سوزاندن سنگ آهک» به‌عنوان یک میان‌بر غیررسمی به کار رفته است. اما اگر دقیق بگوییم، خود سنگ آهک با احتراق سوزانده نمی‌شود. وقتی گرم می‌شود، کربنات کلسیم دچار کلسیناسیون می‌شود: یک واکنش شیمیایی ناشی از گرما که به تجزیه حرارتی معروف است و آن را به اکسید کلسیم، یا آهک، و دی‌اکسید کربن جدا می‌کند:

CaCO₃ + heat → CaO + CO₂

بیشتر کلسیناسیون پیش از آن رخ می‌دهد که ماده به دمای اوج کوره، یعنی حدود ۱٬۴۵۰°C، برسد. در دماهای بالاتر، آهک حاصل با سیلیکا و مواد دیگر واکنش می‌دهد و کلینکر می‌سازد.

CO₂ آزادشده در کلسیناسیون از خود سنگ آهک می‌آید و بنابراین با CO₂ تولیدشده از سوزاندن سوخت‌های فسیلی برای گرم کردن کوره فرق دارد. جایگزین کردن آن سوخت‌ها با گرمای کم‌کربن می‌تواند انتشارهای احتراقی کوره را کم کند، اما به‌تنهایی انتشارهای فرایندیِ آزادشده در کلسیناسیون را حذف نمی‌کند [23,27,38,40,42].

82-91

توضیحاتی درباره کربن‌گیری، کربن‌سازی، معدنی‌سازی و جاسازی کربن

«پخت کربنی» به‌طور مشخص به روشی گفته می‌شود که در آن CO₂ جذب‌شده هنگام مخلوط‌کردن یا عمل‌آوری به بتن تازه تزریق می‌شود و با ترکیبات کلسیمیِ سیمان واکنش می‌دهد تا کربنات‌های پایدار بسازد. این کار می‌تواند کمی مقاومت را بهتر کند و هم‌زمان مقدار کمی CO₂ را برای همیشه در ساختار ماده ذخیره کند. با این حال، پخت کربنی فقط یکی از شکل‌های استفاده از کربن در بتن است.

در مقابل، «کربناته‌شدن» به واکنش CO₂ با ترکیبات سیمانیِ سخت‌شده و آب‌دیده، مثل بتن، در گذر زمان گفته می‌شود. کربناته‌شدن طبیعی در طول عمر یک سازه بتنی به‌آرامی رخ می‌دهد و باعث می‌شود بتن کم‌کم CO2 را از محیط اطرافش جذب کند. فرایندهای کربناته‌سازی شتاب‌گرفته (که گاهی عمل‌آوری معدنی‌سازی نامیده می‌شوند) بتن یا سنگدانه‌های بازیافتی را در معرض جریان‌های غلیظ CO₂ قرار می‌دهند تا جذب CO₂ را عمداً بیشتر کنند. این فرایندها از نظر شیمیایی مرتبط‌اند، اما از نظر اجرایی با فناوری‌های پخت کربنی در مخلوط فرق دارند.

فراتر از روش‌های مبتنی بر عمل‌آوری، جاگذاری کربن را می‌توان با راهبردهای کاملاً متفاوتی هم انجام داد. یکی از راه‌ها، افزودن مواد کربن‌دارِ زیستی (مثل بیوچار) به مخلوط‌های بتن است A,B. کامپوزیت‌های بیوچار-بتن می‌توانند کربن طبیعی و زیستی را به‌صورت فیزیکی ذخیره کنند و شاید دوام و تنظیم رطوبت را هم بهتر کنند. این روش‌ها با کربناته‌شدن فرق دارند، چون کربن را به شکل جامد در خود جا می‌دهند، نه اینکه CO₂ گازی را تزریق یا معدنی کنند.

گام بعدی شامل ساخت کامپوزیت‌های سیمانیِ زیستی یا جایگزین‌کردن بخشی از سنگدانه‌های معدنی با الیاف تجدیدپذیر یا مواد گیاهی است C-I. در دورترین بخش این طیف، بعضی سیستم‌های ساخت‌وساز بتن معمولی را کاملاً با کامپوزیت‌های زیستی یا ترکیبی جایگزین می‌کنند که برای کاربردهای سازه‌ای یا نیمه‌سازه‌ای طراحی شده‌اند E-I. این روش‌ها با پخت کربنی فرق دارند، چون ورودی‌های سیمان معدنی را کم یا جایگزین می‌کنند، نه اینکه CO₂ منتشرشده را فرآوری کنند.

خلاصه اینکه پخت کربنی یکی از مسیرهای مشخص استفاده از کربن در میان طیف گسترده‌تری از راهبردهاست. فناوری‌های کربناته‌سازی/معدنی‌سازی، افزودن بیوچار، کامپوزیت‌های زیستی و سیستم‌های جایگزین ساخت‌وساز زیستی، روش‌هایی از نظر فنی متفاوت‌اند که یا کربن ذخیره می‌کنند، یا نیاز به سیمان را کم می‌کنند، یا چسباننده‌های معدنی را کاملاً جایگزین می‌کنند.

92

استحکام بتن کربن‌گیری شده

مطالعات نتایج متفاوتی گزارش می‌کنند. بسته به ترکیب بتن و فرایند استفاده‌شده، عمل‌آوری یا مخلوط‌کردن با CO₂ می‌تواند مقاومت بتن را افزایش دهد، تأثیر کمی داشته باشد یا آن را کاهش دهد [82-92]. فایدهٔ آن برای اقلیم هم خودبه‌خود تضمین‌شده نیست. این موضوع به عواملی بستگی دارد، از جمله انرژی لازم برای جذب، انتقال و عمل‌آوری با CO₂، مقدار CO₂ که ذخیره می‌ماند، اینکه فرایند مقاومت بتن را بالا می‌برد یا پایین می‌آورد، و اینکه در نتیجه به سیمان بیشتری نیاز است یا نه. [92] در ۳۱ مورد از ۹۹ مجموعه‌دادهٔ آزمایشی بررسی‌شده، مقاومت فشاری پایین‌تری پیدا کرد. وقتی برای رسیدن به مقاومت برابر، سیمان بیشتری لازم باشد، انتشارهای حاصل می‌توانند فایدهٔ CO₂ ذخیره‌شده را خنثی کنند یا از آن بیشتر شوند. در مجموع، این مطالعه نشان داد که در بسیاری از موارد آزمایشی منتشرشده‌ای که بررسی کرده بود، انتشار خالص افزایش یافته است.

111-123

استفاده جهانی از بتن فعال‌شده با قلیا

نمونه‌هایی از جاهایی که بتن فعال‌شده با قلیا (AAC) در سراسر جهان استفاده شده است:

  • [111] استرالیا
  • [112] آمریکا
  • [113] هند
  • [114] بریتانیا
  • [115] چین
  • [116] هلند
  • [117] آلمان
  • [118] مالزی
  • [119] برزیل
  • [120] ایتالیا
  • [121] کره جنوبی
  • [122] سنگاپور
  • [123] ژاپن، اوکراین، فنلاند، روسیه و ایرلند چند نمونه از این منبع هستند

این منابع هم به بتن فعال‌شده با قلیا و هم به بتن ژئوپلیمری اشاره دارند. در منابع علمی مهندسی مواد، مواد فعال‌شده با قلیا (AAMs) معمولاً دسته گسترده‌تر به حساب می‌آیند، در حالی که ژئوپلیمرها زیرمجموعه مشخصی از آن خانواده تعریف می‌شوند. در این چارچوب رایج، AAMها به چسباننده‌هایی گفته می‌شود که با فعال کردن مواد اولیه «آلومینوسیلیکاتی» (مثلاً خاکستر بادی، سرباره و دیگر SCMها) با محلول‌های قلیایی تولید می‌شوند. این عنوان کلی، مجموعه‌ای از سیستم‌ها با شیمی‌ها و محصولات واکنش متفاوت را در بر می‌گیرد.

در این دسته‌بندی گسترده، ژئوپلیمرها معمولاً به‌عنوان چسباننده‌های آلومینوسیلیکاتی کم‌کلسیم توصیف می‌شوند که ساختاری سه‌بعدی می‌سازند. در این نگاه، همه ژئوپلیمرها را می‌توان مواد فعال‌شده با قلیا دانست، اما همه مواد فعال‌شده با قلیا ژئوپلیمر نیستند. این برداشت در مجله‌های داوری‌شده و میان پژوهشگران برجسته رایج است، که در آن AAM اصطلاح فنی فراگیر است، و «ژئوپلیمر» به یک زیرگروه ترکیبی و ساختاری مشخص اشاره دارد.

اما یک دیدگاه دیگر می‌گوید ژئوپلیمرها دسته‌ای جدا از مواد هستند که با شیمی پلیمریزاسیون خاص تعریف می‌شوند. در این برداشت، همه سیستم‌های فعال‌شده با قلیا ژئوپلیمر به حساب نمی‌آیند، به‌ویژه سیستم‌های پرکلسیم که محصولات واکنشی‌شان از نظر ساختاری متفاوت‌اند. این دیدگاه با استفاده از AAM به‌عنوان اصطلاح کلی اصلی مخالف است و در عوض «ژئوپلیمر» را دسته دقیق‌تر از نظر شیمیایی می‌داند.

در نتیجه، اصطلاحات بسته به وابستگی نویسنده، سنت پژوهشی یا فضای نهادی می‌توانند فرق کنند. در بیشتر منابع دانشگاهی و مهندسی امروز، دسته‌بندی AAM-به‌عنوان-عنوان-کلی غالب است، به‌ویژه در پژوهش‌های مقایسه‌ای که عملکرد زیست‌محیطی را در برابر سیمان پرتلند معمولی می‌سنجند. با این حال، مقاله‌های تازه‌تر جدایی روشن‌تری میان این اصطلاحات حفظ می‌کنند.

124

ساخت مساحتی به اندازه منهتن هر ۳ روز

[124] نشان می‌دهد که گستره شهری جهان بین سال‌های ۱۹۸۵ تا ۲۰۱۵، سالانه ۹,687 km2 گسترش یافته است. این برابر است با (۹۶۸۷/۳۶۵ =) ۲۶.539 km2 در روز.

مساحت منهتن ۵۹.1km2 J است.

۵۹٫۱/۲۶٫۵۳۹ = ۲٫۲ روز.

آیا شما تأمین‌کننده منابع مالی، دانشمند، آموزگار یا سیاست‌گذار هستید؟

دوست دارید از Earth 2050 حمایت کنید یا با ما همکاری کنید؟ با ما در تماس باشید.

info@earth2050.com