1 . مقدمه
بخش ساخت و ساز نقش مهمی در رشد اقتصادی ایفا می کند اما به طور قابل توجهی به چالش های زیست محیطی جهانی کمک می کند. این صنعت مسئول 39 درصد از انتشار CO 2 مربوط به انرژی و 36 درصد از مصرف انرژی جهانی است [ 1 ]. بتن پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در جهان است که سالانه بیش از 10 میلیارد تن تولید می شود [ 2 ]. در حالی که محبوبیت بتن ناشی از هزینه نسبتا پایین، سهولت ساخت و مقاومت مکانیکی آن است، تولید سیمان پرتلند (PC)، جزء اصلی آن، منجر به انتشار قابل توجهی CO 2 می شود که 5-8٪ از انتشار CO 2 جهانی را تشکیل می دهد [ 3 ].
اثرات زیست محیطی تولید بتن از دو منبع اصلی ناشی می شود. اول، کلسینه کردن برای PC، CO 2 را از مواد خام سنگ آهک آزاد می کند. این فرآیند معمولاً منجر به انتشار 0.6 تا 1.0 تن CO 2 در هر تن کلینکر تولید شده می شود. دوم، سوزاندن سوختهای فسیلی برای گرم کردن کورههای سیمان تا دمای 1450 درجه سانتیگراد باعث انتشار CO2 اضافی میشود ، تقریباً 0.3-0.4 تن در هر تن کلینکر [ 4 ]. با توجه به تولید جهانی سیمان در حدود 4 میلیارد تن در سال، این انتشارات به 2 تا 3 گیگا تن CO 2 در سال می رسد [ 5 ].
فوریت برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و کاهش تغییرات آب و هوایی تمرکز بر کربن زدایی تمام بخش های اقتصاد را تشدید کرده است. سازمان ملل قصد دارد تا سال 2050 به انتشار خالص کربن صفر برسد تا گرمایش جهانی را زیر 1.5 درجه سانتیگراد نگه دارد [ 6 ]. این هدف مهندسان و دانشگاهیان را به توسعه و بهبود تکنیکها و سیاستها برای دستیابی به این اهداف انتشار کربن تشویق کرده است [ 7] ، [8] ، [6 ].
بتن صفر کربن ردپای کربن مرتبط با تولید بتن را کاهش می دهد و در عین حال خواص مطلوب آن را حفظ یا افزایش می دهد. این رویکرد نوآورانه طیف وسیعی از استراتژی ها و فناوری ها را در بر می گیرد. این استراتژیها شامل استفاده از مواد سیمانی جایگزین، چسبانندههای جدید و روشهای تولید بهینه انرژی است. در حالی که این فناوری ها شامل جذب و استفاده از کربن، چاپ سه بعدی، بتن خود ترمیم شونده و نانومواد در بتن است.
تاثیر بالقوه بتن صفر کربن بسیار فراتر از مزایای زیست محیطی است. از آنجایی که دولت ها در سراسر جهان مقررات سخت گیرانه تری را در مورد انتشار کربن اجرا می کنند و شرکت ها به طور فزاینده ای پایداری را در اولویت قرار می دهند، تقاضا برای مصالح ساختمانی کم کربن در حال افزایش است. توسعه بتن صفر کربن می تواند کل صنعت ساخت و ساز را تغییر دهد. می تواند منجر به ایجاد بازارهای جدید، ایجاد نوآوری در فن آوری، و به طور بالقوه صرفه جویی قابل توجه در هزینه ها در دراز مدت شود. همچنین می تواند دوام را بهبود بخشد و اثرات زیست محیطی را کاهش دهد.
این مقاله مروری تحلیلی جامع از استراتژیها و فناوریهای بتن صفر کربن ارائه میکند. این مقاله تأثیر بالقوه این استراتژیها و فناوریها را بر کاهش انتشار گازهای گلخانهای مرتبط با ساختوساز و چالشهای موجود در پذیرش آنها بررسی میکند. هدف این مقاله شناسایی امیدوارکنندهترین مسیرها برای دستیابی به بتن صفر کربن با بررسی فرمولبندیهای مختلف، روشهای تولید و فناوریهای نوظهور است. همچنین امکان سنجی آنها را در برآوردن تقاضای رو به رشد جهانی برای زیرساخت های پایدار ارزیابی می کند. برای دستیابی به این هدف، اهداف کلیدی زیر تعیین شده است.
- 1.
برای ارائه یک بررسی جامع از فناوریهای بتن صفر کربن، از جمله مواد سیمانی جایگزین، چسبهای جدید، سنگدانههای نوآورانه، و روشهای تولید با انرژی کارآمد، ارزیابی اثربخشی آنها در کاهش انتشار کربن در صنعت ساختوساز.
- 2.
ارزیابی آخرین پیشرفتها در فنآوریهای جذب، استفاده و ذخیرهسازی کربن (CCUS) مخصوص صنعت بتن، و پتانسیل آنها برای تبدیل بتن از منبع کربن به مخزن کربن.
- 3.
برای تجزیه و تحلیل انتقادی عملکرد، دوام، و چرخه عمر اثرات زیستمحیطی و اقتصادی فرمولبندیهای بتن صفر کربن در مقایسه با بتن سنتی، ارائه دیدگاهی جامع از دوام آنها به عنوان یک مصالح ساختمانی پایدار.
- 5.
شناسایی چالشها و محدودیتهای کلیدی فنی، اقتصادی، و مقرراتی که مانع پذیرش گسترده بتن صفر کربن میشوند، و بررسی امکانسنجی اقتصادی و پتانسیل بازار آن.
این تحقیق از اهمیت بالایی برخوردار است. با افزایش سرعت شهرنشینی، با پیش بینی ها حاکی از آن است که بیش از 68 درصد از جمعیت جهان تا سال 2050 در مناطق شهری زندگی خواهند کرد [ 9 ]، تقاضا برای بتن به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت. بدون تغییر به سمت جایگزینهای کربن صفر، تأثیر زیستمحیطی تولید بتن میتواند تلاشهای جهانی برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی را نفی کند. بنابراین، اتخاذ بتن صفر کربن در تضمین توسعه پایدار شهری و رشد زیرساخت ضروری است.
این مقاله مروری جنبه های کلیدی بتن صفر کربن را بررسی می کند. مواد سیمانی جایگزین و چسب های جدید مانند بتن های ژئوپلیمری و مواد فعال شده با قلیایی را بررسی می کند که می تواند نیاز به رایانه های شخصی سنتی را از بین ببرد. این مواد اغلب از محصولات جانبی صنعتی استفاده می کنند که کاهش ضایعات و انتشار کربن کمتری را ارائه می دهند، با تحقیقات نشان می دهد که بتن ژئوپلیمری می تواند انتشار CO 2 را تا 80 درصد در مقایسه با بتن سنتی کاهش دهد [ 10 ]. این مقاله به بررسی استراتژیهایی برای بهبود بهرهوری انرژی و استفاده از سوختهای جایگزین در تولید سیمان، از جمله فناوریهای کارآمد کوره و منابع سوختی با انتشار صفر میپردازد که میتواند منجر به کاهش قابلتوجه در انتشار گازهای گلخانهای شود که به پایداری محیطزیست کمک میکند [ 11 ]. این فناوریهای جدید جذب و استفاده از کربن را بررسی میکند، مانند کانیسازی کربناته، که به طور بالقوه میتواند بتن را از منبع کربن به یک سینک تبدیل کند. ترکیب مواد بازیافتی و سنگدانه های جدید در تولید بتن با تحقیقات نشان می دهد که استفاده از سنگدانه های بازیافتی می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را تا 65 درصد در مقایسه با بتن معمولی کاهش دهد [ 12 ]. یک رویکرد ارزیابی چرخه عمر کل نگر برای ارزیابی اثرات زیست محیطی فرمولاسیون بتن صفر کربن ارائه شده است. این بررسی به طور انتقادی عملکرد و دوام این فرمولهای جدید را در مقایسه با بتن سنتی، که فاکتورهای حیاتی برای پذیرش صنعت آنها هستند، ارزیابی میکند. در نهایت، امکانسنجی اقتصادی و چالشهای پذیرش بازار در افزایش تولید بتن بدون کربن، از جمله صرفهجویی در هزینههای بالقوه، محرکهای بازار و مشوقهای نظارتی را بررسی میکند.
این تحلیل جامع بسیار مهم است. همانطور که کشورهای توسعه یافته شروع به استفاده از بتن صفر کربن و اجرای استانداردهای ساختمان با انرژی صفر خالص می کنند [ 13 ]، شواهد فزاینده ای وجود دارد که امکان سنجی این فناوری ها را نشان می دهد. نمونههای قابلتوجهی از ساختمانهای بدون انتشار کربن، مانند آنهایی که توسط شورای صنعت ساختوساز در هنگکنگ [ 14 ]، آکادمی مقامات ساختمانی در سنگاپور [ 15 ]، و ساختمانهای کربن خنثی پیکسل در استرالیا [ 16 ] ایجاد شدهاند، که مصالح و اصول طراحی نوآورانه را به نمایش میگذارند، به کار گرفته شدهاند.
با ترکیب دانش فعلی، شناسایی شکافهای تحقیقاتی، و برجسته کردن راههای امیدوارکننده برای تحقیقات آینده، هدف این بررسی تسریع توسعه و اجرای فناوریهای بتن صفر است. به دنبال پل زدن شکاف بین نوآوری های آزمایشگاهی و برنامه های کاربردی در دنیای واقعی است و نقشه راهی برای صنعت ساخت و ساز برای همسویی با اهداف آب و هوای جهانی فراهم می کند.
از آنجایی که جهان در آستانه عصر جدیدی در ساخت و ساز قرار دارد، پتانسیل بتن صفر کربن برای تغییر محیط ساخته شده و در عین حال کاهش تغییرات آب و هوایی بسیار زیاد است. این مقاله مروری به عنوان فراخوانی برای اقدام برای محققان، رهبران صنعت و سیاست گذاران برای همکاری در تحقق این پتانسیل عمل می کند. با ترسیم مسیری به سمت شیوه های ساخت و ساز واقعاً پایدار، هدف آن این است که اطمینان حاصل شود که ساختمان ها و زیرساخت های فردا نه تنها نیازهای جامعه را برآورده می کند، بلکه از سیاره زمین برای نسل های آینده نیز محافظت می کند.
این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: بخش 2 روش شناسی را توضیح می دهد. بخش 3 پیشینه ادبیات را ارائه می کند. بخش 4 یک بررسی جامع از فرمولاسیون بتن بدون کربن فعلی شامل مواد سیمانی جایگزین و چسب های جدید ارائه می دهد. بخش 5 بهره وری انرژی در تولید سیمان ، 6 فناوری سوخت جایگزین ، 7 فناوری پیشرفته در تولید بتن بدون کربن ، روش های تولید با انرژی کارآمد، فناوری های سوخت جایگزین، و فناوری های پیشرفته در صنعت بتن بدون کربن. بخشهای دیگر 8 و 9 نقش مصالح ساختمانی بازیافتی و ارزیابی چرخه عمر در دستیابی به بتن صفر کربن را مورد بحث قرار میدهند. بخش 12 یک تحلیل انتقادی از عملکرد و دوام بتن صفر کربن در مقایسه با بتن سنتی ارائه می کند. بخش 11 کاربردهای واقعی فناوریهای بتن صفر کربن را ارائه میکند. بخش 12 چالشهای نظارتی پیش روی پذیرش این فناوریها را بررسی میکند و مسیرهای تحقیقاتی آینده را تشریح میکند. در نهایت، بخش 13 مقاله را با خلاصه کردن یافته های کلیدی بررسی به پایان می رساند.
Leave A Comment