يمثل إنتاج الأسمنت، وهو أحد المكونات الرئيسية للخرسانة 8% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم. علاوة على ذلك، يشكل استخراج الرمال، غير المنظم إلى حد كبير، تهديدات خطيرة للأنظمة البيئية النهرية والساحلية.
أزمة الرمال المحتملة
ووفقا لتقرير للأمم المتحدة لعام 2022، فإن هذا الطلب المتصاعد على الرمال، إلى جانب النمو السكاني والتوسع الحضري، يمكن أن يؤدي قريبا إلى “أزمة الرمال”.
بديل الرمال
من خلال تطبيق تقنية تسخين Joule المميزة على فحم الكوك المعدني. ابتكر مختبر Tour نوعًا من الجرافين يمكن أن يكون بمثابة بديل للرمل في الخرسانة.
وقال بول أدفينكولا، أحد خريجي الدكتوراه في جامعة رايس والمؤلف الرئيسي للدراسة: “إن التجارب الأولية التي تم فيها تحويل فحم الكوك المعدني إلى جرافين أسفرت عن مادة تبدو مشابهة في الحجم للرمل”. “لقد قررنا استكشاف استخدام الجرافين المعدني المشتق من فحم الكوك كبديل كامل للرمل في الخرسانة، وتظهر النتائج التي توصلنا إليها أنها ستعمل بشكل جيد حقا.”
نتائج واعدة
تظهر الاختبارات التي تقارن الخرسانة التقليدية مع الخرسانة المصنوعة من مجاميع الجرافين نتائج واعدة. لا تتطابق الخرسانة القائمة على الجرافين مع الخواص الميكانيكية للخرسانة القياسية فحسب، بل توفر أيضًا نسبة قوة إلى وزن أعلى.
استخدم مختبر Tour تسخين Flash Joule لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك تخليق المواد الكربونية النانوية الهجينة. وإعادة تدوير أجزاء البطارية. وإزالة المعادن الثقيلة من رماد الفحم المتطاير .
إنتاج الجرافين
وقال أدفينكولا: “تنتج هذه التقنية الجرافين بشكل أسرع وعلى نطاق أوسع من الطرق السابقة”.
ومع إمكانية تقليل الاعتماد على الرمال الطبيعية وخفض انبعاثات الكربون الناتجة عن صناعة الخرسانة. يمكن أن تؤدي هذه التكنولوجيا الجديدة إلى ممارسات تنمية حضرية أكثر استدامة.
وقال تور: “سيستغرق الأمر بعض الوقت حتى ينخفض سعر الجرافين بما يكفي لجعل هذا الأمر قابلاً للتطبيق”. “لكن هذا يظهر فقط أن هناك بدائل يمكننا اتباعها.”
نسبة الرمال في الخرسانة
وأكد ساتيش ناجاراجايا ، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية والهندسة الميكانيكية والمؤلف المقابل للدراسة، أن “30٪ من الخرسانة تتكون من الرمل – وهو جزء كبير منها”.
“حقيقة أننا على شفا “أزمة الرمال” تحفزنا على البحث عن بدائل، وفحم الكوك المعدني، الذي يكلف حوالي نفس تكلفة الرمل بحوالي 10٪ من تكلفة الخرسانة، يمكن أن يساعد ليس فقط في تحسين وقال ناجاراجايا: “إن الخرسانة ذات الجودة العالية، ولكنها تترجم أيضًا في النهاية إلى وفورات كبيرة”.
اقرأ أيضًا:
باحثون ينتجون الهيدروجين والجرافين من نفايات البلاستيك