हरित कंक्रीट

पत्थरों के घेरे, पिरामिड, बड़ी दीवारें, यहाँ तक कि रेत के महल, इंसानों को हमेशा से चीज़ें बनाना पसंद रहा है। और हालाँकि चुनने के लिए कई निर्माण सामग्रियाँ हैं, कंक्रीट से ज़्यादा लोकप्रिय कोई नहीं है।

अपनी अनोखी खूबियों की वजह से, यह दुनिया की सबसे ज़्यादा इस्तेमाल होने वाली ठोस सामग्री है ^[1,2,3]। असल में, कंक्रीट - दूसरी मानव-निर्मित सामग्रियों के साथ - अब धरती के सभी पौधों और जानवरों के कुल वज़न से भी ज़्यादा भारी है ^[4,5,6]।

दुर्भाग्य से, कंक्रीट बनाने से नुकसानदेह ग्रीनहाउस गैसें निकलती हैं, और यह वैश्विक कार्बन उत्सर्जन के 8% के लिए ज़िम्मेदार है ^[7,8]। अगर कंक्रीट एक देश होता, तो वह धरती का तीसरा सबसे बड़ा प्रदूषक होता ^[9,10]।

तो, अगर इंसान एक साफ़-सुथरी दुनिया बनाना चाहते हैं, तो उन्हें समाधानों की ज़रूरत होगी; और हरा कंक्रीट ही इसकी कुंजी है।

कंक्रीट के शुरुआती रूपों का इस्तेमाल मध्य पूर्व में 10,000 साल से भी पहले फर्श बनाने के लिए हुआ था ^[11,12,13], लेकिन इसमें सच में महारत पाने वाले पहले लोग प्राचीन रोमन थे, जिन्होंने इससे पैंथियॉन बनाया था, जो आज भी दुनिया का सबसे बड़ा बिना सरिए वाला कंक्रीट का गुंबद है ^[14,15,16]।

दुर्भाग्य से, कंक्रीट के राज़ समय की रेत में खो गए ^[11-16]। 1824 तक इंतज़ार करना पड़ा, जब ब्रिटिश ईंट-कारीगर Joseph Aspdin ने अपनी रसोई में प्रयोग करते हुए कंक्रीट के मुख्य घटक सीमेंट को बनाने का तरीका फिर से खोज लिया ^[12,17,18] और उन्होंने ऐसा कंक्रीट बनाने की राह खोली जो प्राचीन रोम के कंक्रीट को टक्कर दे सके।

आज, इंसान हर साल इस चीज़ के 30 अरब मीट्रिक टन बनाते हैं ^[19]। यह हर साल ऑस्ट्रिया को छह इंच मोटी कंक्रीट से ढकने के लिए काफी है! ^[20,21,22]। और जैसे-जैसे माँग बढ़ रही है, उत्सर्जन भी बढ़ रहा है। लेकिन आखिर कंक्रीट CO₂ बनाता कैसे है?

दरअसल, कंक्रीट एक कृत्रिम चट्टान है। रेत के महल की तरह, यह रेत, बजरी और पानी से बनता है। लेकिन इसमें सीमेंट मिला दीजिए, वह जादुई सामग्री जो सबको एक साथ बाँध देती है ^[23-27] और मिश्रण चट्टान जितना ठोस हो जाता है।

दुर्भाग्य से, लगभग सारा उत्सर्जन भी सीमेंट से ही होता है ^[26-29]। यह समझने के लिए कि क्यों, हमें देखना होगा कि इसे बनाया कैसे जाता है।

नुस्खा हैरान कर देने की हद तक आसान है, लेकिन प्रक्रिया काफी पेचीदा है:

सबसे पहले, चूना पत्थर की भरपूर मात्रा लीजिए, जो आमतौर पर लाखों साल पहले रहने वाले समुद्री जीवों के खोलों और जीवाश्मों से बना होता है। इसमें सीमेंट के लिए ज़रूरी कैल्शियम के साथ-साथ फँसा हुआ कार्बन भी होता है ^[30-33]।

कैल्शियम तक पहुँचने के लिए, इसे कुचलें और फिर इसमें थोड़ी मिट्टी, और थोड़ी-सी रेत मिलाएँ। फिर इस मिश्रण को पहले गरम किया जाता है और एक घूमने वाली भट्ठी में डाला जाता है, जहाँ इसे 1450°C की झुलसाती गर्मी में तब तक मिलाया जाता है जब तक चूना पत्थर जल न जाए। इससे क्लिंकर नाम की कैल्शियम से भरपूर सामग्री बनती है ^{[23-27,34-37]}।

लेकिन जीवाश्म बने समुद्री जीवों को जलाने से बहुत सारा CO₂ निकलता है, और गर्मी पैदा करने के लिए जीवाश्म ईंधन जलाए जाते हैं, इसलिए और भी ज़्यादा CO₂ बनता है ^[38-42]।

अभी भी साथ हैं? हम यहीं हैं!

अब, क्लिंकर को जिप्सम और दूसरे मिश्रकों के साथ मिलाइए, फिर इन्हें ग्राइंडिंग मिल में पीसकर सीमेंट पाउडर बनाइए ^[34,35]।

अब बस सीमेंट को पानी, रेत, बजरी और दूसरे एग्रीगेट्स के साथ मिलाना है ^[23-27] और लीजिए! आपने कंक्रीट बना लिया!

ढेर सारा प्रदूषण भी। और जैसा कि आपको दिख रहा है, ज़्यादातर उत्सर्जन सीमेंट बनाने से आता है, जिसमें सबसे बड़ा हिस्सा उस सारे चूना पत्थर को जलाने से बनता है! ^[38-43]

असल में, मिश्रण में हर 1000 किलोग्राम सीमेंट से 900 किलोग्राम CO₂ बनता है ^[43,44,45]।

तो इंसान अपनी पसंदीदा नकली चट्टान के उत्सर्जन को कैसे घटा सकते हैं? खैर, कई समाधान मौजूद हैं ^[43-50]।

कम समय में सबसे आसान समाधान है बस कंक्रीट को ज़्यादा समझदारी से इस्तेमाल करना ^[43-48,50]। अभी, ज़्यादातर ढाँचे जितनी कंक्रीट सच में चाहिए उससे कहीं ज़्यादा कंक्रीट से बनाए जाते हैं, इसलिए कई आर्किटेक्ट अब कम कंक्रीट इस्तेमाल करने के लिए डिज़ाइनों को बेहतर बना रहे हैं, जिससे माँग और उत्सर्जन दोनों कम होते हैं।

पुराने कंक्रीट को कुचलकर नए कंक्रीट मिश्रणों में फिर से इस्तेमाल करने से भी दक्षता बढ़ती है ^[51,52,53], और इलेक्ट्रिक पुनर्चक्रण जैसी रोमांचक नई तकनीकों की भी जाँच हो रही है ^[54]। इसमें इलेक्ट्रिक आर्क भट्ठी में नवीकरणीय बिजली का इस्तेमाल करके कंक्रीट और स्टील, दोनों को साथ में पुनर्चक्रित किया जाता है, जिससे स्टील बनाने का उत्सर्जन घटता है और इस प्रक्रिया में सीमेंट भी बनता है। और भी अच्छी बात, यह सीमेंट सैद्धांतिक रूप से शून्य-कार्बन है ^[54]।

हालाँकि यह बहुत बड़ा सुधार है, कंक्रीट के लिए इंसानों की भूख इतनी ज़्यादा है कि पुनर्चक्रित कंक्रीट कभी भी माँग पूरी नहीं कर पाएगा।

अगली रणनीति है उत्पादन के लिए ज़रूरी जीवाश्म ईंधनों को बदलना। ग्राइंडिंग मिलों को हवा और सौर ऊर्जा से मिलने वाली साफ़ नवीकरणीय बिजली से चलाया जा सकता है ^[55,56]। लेकिन सिर्फ बिजली से भट्ठी के लिए ज़रूरी तपते तापमान तक पहुँचना मुश्किल है, इसलिए हरित हाइड्रोजन ^[57-61] या टिकाऊ बायोमास ^[61-64] जैसे वैकल्पिक ईंधनों का इस्तेमाल किया जा सकता है। कोयले जैसे जीवाश्म ईंधनों की ज़रूरत खत्म करके, ये वैकल्पिक ईंधन CO₂ उत्सर्जन में बड़ी कमी ला सकते हैं ^[50]।

लेकिन दुर्भाग्य से कुछ समस्याएँ हैं…

बायोमास ज़्यादातर लकड़ी से आता है और पेड़ काटकर हासिल किया जाता है, इसलिए इसे टिकाऊ तरीके से बनाना मुश्किल है ^[65,66,67]। और हालाँकि हरित हाइड्रोजन में संभावना है, इसे पर्याप्त मात्रा में बनाने के लिए ज़रूरी नवीकरणीय बिजली का बहुत बड़े पैमाने पर विस्तार चाहिए ^[68,69,70]।

तो, फिलहाल ये समाधान बड़ा असर डालने से बहुत दूर हैं। और, इन ईंधनों से भट्ठी चलाने पर भी, आपको चूना पत्थर जलाना पड़ता है जो सीमेंट उत्पादन के आधे से ज़्यादा उत्सर्जन के लिए ज़िम्मेदार है ^[38-43]।

साफ़ है कि इंसानियत को अभी भी दूसरे तरीकों की ज़रूरत है।

कार्बन कैप्चर को अक्सर जवाब बताया जाता है ^[71-78]। CO₂ निकलते ही उसे पकड़कर भूमिगत भंडारित करने के लिए इस्तेमाल होने वाली यह तकनीक उत्सर्जन घटा सकती है, लेकिन सबको नहीं पकड़ सकती ^[50,79,80]। इससे भी बुरा, उस सारे कार्बन को पकड़ना, पहुँचाना और भंडारित करना मुश्किल और बेहद महँगा है और यह हमेशा इतना असरदार भी नहीं होता! ^{[43,77,78,81]}

लेकिन क्या हो अगर उस CO₂ का कुछ हिस्सा कंक्रीट उत्पादन में ही इस्तेमाल हो सके?

पेश है कार्बन क्योरिंग:

इस लोकप्रिय तरीके में पकड़े गए कुछ CO₂ को मिश्रण के दौरान वापस कंक्रीट में पंप किया जाता है, जहाँ वह रासायनिक रूप से उसमें समा जाता है, जिससे कंक्रीट संभावित रूप से मज़बूत हो सकता है और उसकी लागत घट सकती है ^[82-91]। यह एक बढ़िया समाधान है लेकिन यह सीमेंट उत्पादन के उत्सर्जन के सिर्फ एक हिस्से से निपट सकता है ^[92]।

तो, सच में हरा कंक्रीट हासिल करने के लिए, इंसान नुस्खा बदल रहे हैं, और इसका एक सबसे अच्छा तरीका है कुछ प्रदूषणकारी सीमेंट की जगह SCMs नाम की सामग्री मिलाना ^{[45-49,93-97]}।

ये कोयला संयंत्रों की फ्लाई ऐश या स्टील उद्योग के स्लैग जैसी महीन पाउडर वाली सामग्रियों से बनते हैं। क्योंकि ये दोनों अपशिष्ट उत्पाद हैं, इससे पर्यावरण साफ़ करने में भी मदद मिलती है, और चूँकि SCMs ज़रूरी सीमेंट की मात्रा घटाते हैं, ये उत्सर्जन को 15 से 40% तक कम कर सकते हैं ^[48,97]। और भी अच्छी बात, ये कंक्रीट की मज़बूती और टिकाऊपन भी बढ़ाते हैं ^[98,99,100]।

दुर्भाग्य से, ये अकेले कभी सीमेंट की पूरी जगह नहीं ले सकते, लेकिन इसका एक समाधान है… एक क्षारीय घोल!

अगर आप SCMs के लिए इस्तेमाल होने वाले औद्योगिक अपशिष्ट उत्पादों जैसे पदार्थों को लें और उन्हें क्षारीय घोलों के साथ मिलाएँ, तो ऐसा बंधक पदार्थ बनाना संभव है जो सीमेंट की पूरी जगह ले सके ^[101-104]। और क्योंकि आपको पारंपरिक सीमेंट के घटकों को खोदना, कुचलना, पीसना या जलाना नहीं पड़ता, तो बनने वाला कंक्रीट उत्सर्जन को 90% तक घटा सकता है ^[49,104-107]।

इसे क्षार-सक्रिय कंक्रीट कहा जाता है, और हालाँकि इसे अभी बड़े पैमाने पर इस्तेमाल नहीं किया गया है ^{[108,109,110]}, यह दुनिया भर में पहले से इस्तेमाल हो रहा है ^[111-123]।

इंसानों को चीज़ें बनाना पहले से कहीं ज़्यादा पसंद है, वे हर 3 दिन में मैनहैटन जितना क्षेत्र बना रहे हैं, लेकिन क्या वे यह धरती को गरम किए बिना कर सकते हैं? ^[124]

खैर, हाँ!

अनुसंधान और विकास में निवेश करके, उपलब्ध समाधानों की पूरी श्रृंखला लागू करके, और उन्हें सहारा देने के लिए नवीकरणीय बिजली उत्पादन बढ़ाकर, इंसानियत आखिरकार हरे कंक्रीट का नुस्खा बेहतर बना सकती है और शून्य-कार्बन भविष्य बना सकती है!