تولید بتن پایدار با استفاده از آب دریا
یک ماده الهام‌گرفته از صدف دریایی که دی‌اکسیدکربن را از بین می‌برد، می‌تواند بتن را پایدارتر کند. فرآیند ساخت این ماده شامل شکافت آب دریا با استفاده از دی‌اکسیدکربن و الکتریسیته است و می‌توان از آن به منظور تولید هیدروژن برای سوخت استفاده کرد تا مزیت بیشتری به این روش اضافه شود.
به گزارش اقتصاددریایی، پژوهشگران آمریکایی با افزودن دی‌اکسیدکربن به یک ماده ماسه‌مانند توانستند آن را از آب دریا استخراج کنند و برای ساخت بتن پایدارتر مورد استفاده قرار دهند. فرآیندی که این ماده ساختمانی را ایجاد می‌کند، مشابه فرآیند کانی‌سازی طبیعی است که طی آن صدف‌های دریایی از کربنات کلسیم در اقیانوس‌ها ساخته می‌شوند. این کربنات کلسیم به‌طور طبیعی در محیط‌های دریایی تشکیل می‌شوند. لوریا توضیح داد: این پژوهش از طریق تسهیل واکنش یون‌های آب دریا با دی‌اکسیدکربن برای تولید مواد معدنی جامد، فرآیند مذکور را به‌صورت الکتروشیمیایی تکرار می‌کند.
الساندرو روتا لوریا، دانشیار دانشگاه نورث‌وسترن و سرپرست این پژوهش گفته است: این پژوهش یک روش جدید را برای جذب، تبدیل و ذخیره دی‌اکسیدکربن به شکل مواد معدنی جامد معرفی می‌کند که می‌توان آن‌ها را به‌عنوان مواد تکمیلی در بتن گنجاند. این روش یک جایگزین را برای ذخیره دی‌اکسیدکربن در بستر اعماق اقیانوس یا سازندهای زمین‌شناسی فراهم می‌کند که در تلاش برای کربن‌زدایی صورت می‌گیرد. لوریا همچنین توضیح داده است: با افزایش پی‌اچ آب دریا به صورت الکتروشیمیایی، یون‌های محلول به شکل مواد معدنی جامد رسوب می‌کنند و دی‌اکسیدکربن را به‌طور دائمی جدا می‌سازند.
در سال‌های اخیر، پژوهش‌های بسیاری بررسی کرده‌اند که آیا تا وقتی برق مورد استفاده از یک منبع تجدیدپذیر به دست بیاید، تقسیم مولکول‌های آب با استفاده از الکتریسیته می‌تواند منبع خوبی برای دستیابی به هیدروژن سبز باشد. اگرچه این کار با چالش‌های فنی بیشتری مانند مشکل خوردگی همراه است، اما تقسیم آب دریا برای تولید هیدروژن اهمیت ویژه‌ای را به‌ویژه در مناطقی با منابع محدود آب‌شیرین به همراه دارد.
هنگامی که الکترولیز روی آب دریا انجام می‌شود، هم گاز هیدروژن و هم گاز اکسیژن یا کلر را تشکیل می‌دهد. همزمان، رسوبات معدنی مانند کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم درون محلول رسوب می‌کنند. لوریا و گروهش در مقاله پژوهش خود نوشتند: این رسوبات اغلب به‌عنوان محصولات جانبی انرژی نادیده گرفته می‌شوند. باوجود این، آن‌ها پتانسیل استفاده‌نشده‌ای را به‌عنوان منابع ساخت‌وساز، تولید و اصلاح محیط‌زیست دارند.
اگر دی‌اکسیدکربن بیشتری به فرآیند الکتروشیمیایی اضافه شود، حتی تعداد بیشتری از این مواد معدنی تولید می‌شود و در عین حال، امکان ذخیره دی‌اکسیدکربن آلاینده را از جو فراهم می‌کند. پژوهشگران دریافتند که تغییر عواملی مانند ولتاژ الکتریکی، سرعت جریان، زمان و مدت تزریق دی‌اکسیدکربن به واکنش می‌تواند خواص مواد به‌دست‌آمده را تغییر دهد؛ اگرچه آن‌ها هنوز ترکیب شیمیایی یکسانی دارند. به‌عنوان مثال، این کار می‌تواند مواد را متخلخل‌تر، پوسته‌پوسته‌تر یا متراکم‌تر کند.ماسه و شن حدود ۶۰ تا ۷۰درصد از ترکیب بتن را تشکیل می‌دهند. این مواد معمولا از منابع طبیعی مانند کوه‌ها، بستر رودخانه‌ها، سواحل و بستر اقیانوس‌ها گرفته می‌شوند که می‌تواند از راه‌های گوناگون به محیط‌زیست آسیب بزند. از جمله این آسیب‌ها می‌توان به از دست دادن تنوع زیستی و اکوسیستم - خواه در خشکی و خواه در دریا – اشاره کرد. همچنین استخراج شن و ماسه می‌تواند به فرسایش سواحل و رودخانه‌ها و کاهش جریان رسوب در دلتاها و مصب‌ها منجر شود که احتمال وقوع سیل را افزایش می‌دهد.
اگر روش لوریا و همکارانش در مقیاس بزرگ‌تر با موفقیت اجرا شود، تولید مواد شن‌مانند و پایدار برای ساخت بتن را امکان‌پذیر خواهد کرد. لوریا گفت: افزایش مقیاس این فرآیند به لطف بهینه‌سازی شرایط واکنش، مصرف انرژی و طراحی رآکتور امکان‌پذیر است که همگی آن‌ها محرک‌های کلیدی این نوآوری هستند. باوجود این، لوریا اذعان داشت که کاهش هزینه‌ها می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. وی افزود: این فرآیند نسبت به روش‌های سنتی تامین مصالح گران‌تر است، اما می‌توان آن را به‌عنوان یک راهبرد رقابتی جداسازی کربن در نظر گرفت که به‌طور همزمان مواد ارزشمندی را تولید می‌کند.
اینکه آیا این روش الکتروشیمیایی برای تولید مواد مهم سازنده سیمان و بتن به‌طور گسترده مورد استفاده قرار خواهد گرفت یا خیر، هنوز نامشخص است، اما لوریا و گروهش برای ارزیابی پتانسیل تجاری‌سازی این روش، با یک شرکت جهانی مصالح ساختمانی موسوم به «سمکس» کار می‌کنند که مقر آن در مکزیک است. لوریا در پایان گفت: در حال حاضر تلاش برای بهینه‌سازی بیشتر این فناوری با هدف نهایی افزایش مقیاس آن ادامه دارد.مدتی پیش از این نیز گروهی از دانشمندان نوع جدیدی از مواد بتنی فوق مقاوم را طراحی کرده بودند که می‌توانست خود را ترمیم کند. براساس گزارش‌های منتشرشده، این محصول نوع جدیدی از بتن است که می‌تواند خود را ترمیم کند و همچنین کارها و هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد. این بتن جدید از ۳۰درصد دوام بیشتری نسبت به بتن درجه‌یک رایج برخوردار است؛ به این معنی که ترک‌های کم‌تری در آن ایجاد می‌شود و در صورت بروز ترک نیز می‌تواند خود را ترمیم کند.ویژگی‌های این بتن عمدتا به دلیل طراحی مخلوط و استفاده از اجزایی مانند افزودنی‌های کریستالی، نانوالیاف آلومینا و نانوکریستال‌های سلولزی امکان‌پذیر شده است که توانایی ترمیم مواد را بهبود می‌بخشد. یکی دیگر از ویژگی‌های کلیدی‌ای که این بتن جدید را قادر می‌سازد از رقبا پیشی بگیرد، کار و هزینه بسیار کم‌تر برای تعمیر و نگهداری است. این ماده می‌تواند بسیار بیشتر از حد معمول، یعنی تقریباً ۵۰سال دوام بیاورد. این امر به‌ویژه برای زیرساخت‌هایی مانند سازه‌های نزدیک به دریا یا نیروگاه‌های زمین‌گرمایی که تحت فشار محیطی قرار می‌گیرند، مفید است.
در سال‌های اخیر، پژوهش‌های بسیاری بررسی کرده‌اند که آیا تا وقتی برق مورد استفاده از یک منبع تجدیدپذیر به دست بیاید، تقسیم مولکول‌های آب با استفاده از الکتریسیته می‌تواند منبع خوبی برای دستیابی به هیدروژن سبز باشد. اگرچه این کار با چالش‌های فنی بیشتری مانند مشکل خوردگی همراه است، اما تقسیم آب دریا برای تولید هیدروژن اهمیت ویژه‌ای را به‌ویژه در مناطقی با منابع محدود آب‌شیرین به همراه دارد.
هنگامی که الکترولیز روی آب دریا انجام می‌شود، هم گاز هیدروژن و هم گاز اکسیژن یا کلر را تشکیل می‌دهد. همزمان، رسوبات معدنی مانند کربنات کلسیم و هیدروکسید منیزیم درون محلول رسوب می‌کنند. لوریا و گروهش در مقاله پژوهش خود نوشتند: این رسوبات اغلب به‌عنوان محصولات جانبی انرژی نادیده گرفته می‌شوند. باوجود این، آن‌ها پتانسیل استفاده‌نشده‌ای را به‌عنوان منابع ساخت‌وساز، تولید و اصلاح محیط‌زیست دارند.
اگر دی‌اکسیدکربن بیشتری به فرآیند الکتروشیمیایی اضافه شود، حتی تعداد بیشتری از این مواد معدنی تولید می‌شود و در عین حال، امکان ذخیره دی‌اکسیدکربن آلاینده را از جو فراهم می‌کند. پژوهشگران دریافتند که تغییر عواملی مانند ولتاژ الکتریکی، سرعت جریان، زمان و مدت تزریق دی‌اکسیدکربن به واکنش می‌تواند خواص مواد به‌دست‌آمده را تغییر دهد؛ اگرچه آن‌ها هنوز ترکیب شیمیایی یکسانی دارند. به‌عنوان مثال، این کار می‌تواند مواد را متخلخل‌تر، پوسته‌پوسته‌تر یا متراکم‌تر کند.ماسه و شن حدود ۶۰ تا ۷۰درصد از ترکیب بتن را تشکیل می‌دهند. این مواد معمولا از منابع طبیعی مانند کوه‌ها، بستر رودخانه‌ها، سواحل و بستر اقیانوس‌ها گرفته می‌شوند که می‌تواند از راه‌های گوناگون به محیط‌زیست آسیب بزند. از جمله این آسیب‌ها می‌توان به از دست دادن تنوع زیستی و اکوسیستم - خواه در خشکی و خواه در دریا – اشاره کرد. همچنین استخراج شن و ماسه می‌تواند به فرسایش سواحل و رودخانه‌ها و کاهش جریان رسوب در دلتاها و مصب‌ها منجر شود که احتمال وقوع سیل را افزایش می‌دهد.
اگر روش لوریا و همکارانش در مقیاس بزرگ‌تر با موفقیت اجرا شود، تولید مواد شن‌مانند و پایدار برای ساخت بتن را امکان‌پذیر خواهد کرد. لوریا گفت: افزایش مقیاس این فرآیند به لطف بهینه‌سازی شرایط واکنش، مصرف انرژی و طراحی رآکتور امکان‌پذیر است که همگی آن‌ها محرک‌های کلیدی این نوآوری هستند. باوجود این، لوریا اذعان داشت که کاهش هزینه‌ها می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. وی افزود: این فرآیند نسبت به روش‌های سنتی تامین مصالح گران‌تر است، اما می‌توان آن را به‌عنوان یک راهبرد رقابتی جداسازی کربن در نظر گرفت که به‌طور همزمان مواد ارزشمندی را تولید می‌کند.
اینکه آیا این روش الکتروشیمیایی برای تولید مواد مهم سازنده سیمان و بتن به‌طور گسترده مورد استفاده قرار خواهد گرفت یا خیر، هنوز نامشخص است، اما لوریا و گروهش برای ارزیابی پتانسیل تجاری‌سازی این روش، با یک شرکت جهانی مصالح ساختمانی موسوم به «سمکس» کار می‌کنند که مقر آن در مکزیک است. لوریا در پایان گفت: در حال حاضر تلاش برای بهینه‌سازی بیشتر این فناوری با هدف نهایی افزایش مقیاس آن ادامه دارد.مدتی پیش از این نیز گروهی از دانشمندان نوع جدیدی از مواد بتنی فوق مقاوم را طراحی کرده بودند که می‌توانست خود را ترمیم کند. براساس گزارش‌های منتشرشده، این محصول نوع جدیدی از بتن است که می‌تواند خود را ترمیم کند و همچنین کارها و هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد. این بتن جدید از ۳۰درصد دوام بیشتری نسبت به بتن درجه‌یک رایج برخوردار است؛ به این معنی که ترک‌های کم‌تری در آن ایجاد می‌شود و در صورت بروز ترک نیز می‌تواند خود را ترمیم کند.ویژگی‌های این بتن عمدتا به دلیل طراحی مخلوط و استفاده از اجزایی مانند افزودنی‌های کریستالی، نانوالیاف آلومینا و نانوکریستال‌های سلولزی امکان‌پذیر شده است که توانایی ترمیم مواد را بهبود می‌بخشد. یکی دیگر از ویژگی‌های کلیدی‌ای که این بتن جدید را قادر می‌سازد از رقبا پیشی بگیرد، کار و هزینه بسیار کم‌تر برای تعمیر و نگهداری است. این ماده می‌تواند بسیار بیشتر از حد معمول، یعنی تقریباً ۵۰سال دوام بیاورد. این امر به‌ویژه برای زیرساخت‌هایی مانند سازه‌های نزدیک به دریا یا نیروگاه‌های زمین‌گرمایی که تحت فشار محیطی قرار می‌گیرند، مفید است.
منبع: اقتصاد سرآمد
نیازمندی‌ها
عناوین روزنامههای امروز
