طريقة مبتكرة لإنتاج إسمنت صديق للبيئة

تتسبب الطريقة التقليدية لتصنيع الإسمنت في انبعاثات كربونية هائلة (جامعة غرونوبل)
تتسبب الطريقة التقليدية لتصنيع الإسمنت في انبعاثات كربونية هائلة (جامعة غرونوبل)
TT

طريقة مبتكرة لإنتاج إسمنت صديق للبيئة

تتسبب الطريقة التقليدية لتصنيع الإسمنت في انبعاثات كربونية هائلة (جامعة غرونوبل)
تتسبب الطريقة التقليدية لتصنيع الإسمنت في انبعاثات كربونية هائلة (جامعة غرونوبل)

طوّر باحثون من معهد إدارة الكربون التابع لجامعة كاليفورنيا الأميركية، طريقة جديدة يمكنها القضاء على نحو 98 في المائة من ثاني أكسيد الكربون المنبعث في أثناء عملية إنتاج الإسمنت، الذي يمثل نحو 8 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي العالمي.

وفي دراستهم الجديدة المنشورة في دورية «إيه سي إس سيستنابل كيمستري أند إنجينيرينج - (ACS Sustainable Chemistry & Engineering)»، يصف الباحثون كيف يمكن دمج هذا النهج الجديد بسهولة في عمليات إنتاج الإسمنت، مما يوفر بديلاً للحلول الحالية الأكثر تكلفة لإزالة الكربون من الصناعة.

وقال فابيان روزنر، المؤلف المشارك في الدراسة، والأستاذ المساعد في الهندسة المدنية والبيئية، في بيان منشور، الاثنين، على موقع الجامعة: «لقد أصبح من الواضح تماماً أن التخفيف من تغير المناخ يتطلب إجراءات عاجلة ومغايرة للنماذج القائمة حالياً، خصوصاً فيما يتعلق بإزالة الكربون».

ووفق الدراسة يُعد الإسمنت البورتلاندي العادي، وهو النوع الأكثر شيوعاً من الإسمنت، مادة أساسية تستخدم كعامل رابط لجميع الخرسانات الحديثة تقريباً، والمادة الأكثر استخداماً في العالم بعد الماء. ويتم تصنيع هذا الإسمنت باستخدام الحجر الجيري، وهو مصدر طبيعي متوفر وفعّال من حيث التكلفة.

ومع ذلك، فإن الطريقة التقليدية لإنتاج الإسمنت، التي تنطوي على تسخين الحجر الجيري في فرن يعمل بالوقود الأحفوري لكسر روابطه الكيميائية، تترك بصمة كربونية هائلة، مما يؤدي إلى انبعاث ما يقرب من كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوغرام واحد من الإسمنت المنتج.

ويقول الباحثون إن التحلل الكيميائي الحراري للحجر الجيري لإنتاج الجير، أو أكسيد الكالسيوم المادة الأولية لإنتاج الإسمنت يشكل نحو 60 في المائة من ثاني أكسيد الكربون المنبعث، في حين يشكل احتراق الوقود الأحفوري لتسخين الفرن الذي يحدث فيه التفاعل الكيميائي نحو 40 في المائة. كما تستهلك هذه العملية قدراً هائلاً من الطاقة. إذ يتطلب إنتاج طن متري من الجير نحو 1.4 ميغاواط/ساعة، وهو ما يكفي لتشغيل منزل ونصف منزل أميركي لمدة شهر كامل.

على النقيض من الحجر الجيري، فإن هيدروكسيد الكالسيوم، المادة الأولية الخالية من الكربون لإنتاج الجير والإسمنت، لا ينبعث منه سوى الماء عند تسخينه في فرن لإنتاج الجير.

وبإلهام من هذه الحقيقة العلمية، طوّر فريق من كلية صامويلي للهندسة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس بقيادة جاراف سانت، مدير معهد إدارة الكربون، وأستاذ الهندسة المدنية والبيئية، نهجاً جديداً لإنتاج هيدروكسيد الكالسيوم.

وأطلق الباحثون على طريقتهم اسم «زيرو كال - (ZeroCAL)»، ويعني الجير الخالي من الكربون، وقالوا إن النهج يمكن أن يزيل 98 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالعملية الكيميائية الحرارية لإنتاج الجير.

وتشمل المنتجات الثانوية لهذه الطريقة حمض الهيدروكلوريك المستخدم بشكل شائع هو وصودا الخبز في الصناعة، بالإضافة إلى غازي الأكسجين والهيدروجين، ويمكن استخدام الأخير كوقود نظيف لتسخين أفران الإسمنت.

وهو ما علّق عليه سانت، الباحث المراسل للدراسة وأستاذ الاستدامة في جامعة كاليفورنيا قائلاً: «يقدّم هذا النهج حلاً أنيقاً للقضاء على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بعملية إنتاج الإسمنت».

وأضاف: «يعالج هذا النهج انبعاثات الكربون الناتجة عن تحلل الحجر الجيري مع توفير غازي الهيدروجين والأكسجين النظيفين لتسخين فرن الإسمنت. كما أنه يتيح إزالة الكربون مع الاستفادة من الأفران الحالية ومواد خام الحجر الجيري دون الحاجة إلى بناء مرافق منفصلة لالتقاط الكربون وتخزينه».

وبينما تتطلب العملية حالياً طاقة أكبر من طرق إنتاج الجير الحالية، فإن الأبحاث الجارية تشير إلى مسارات يمكن من خلالها لهذا النهج الجديد تحقيق التكافؤ في استخدام الطاقة من خلال تبسيط وإزالة العمليات المعقدة والاستفادة بشكل أفضل من المنتجات الثانوية.

ولتلبية الطلب على المياه، يقترح الفريق التركيز على مصانع الإسمنت الموجودة بالقرب من السواحل أو الأنهار، أو المصانع التي لديها إمكانية الوصول بسهولة إلى إمدادات المياه.


مقالات ذات صلة

دراسة ترجّح عدم احتواء كوكب الزهرة على المحيطات إطلاقاً

يوميات الشرق نموذج ثلاثي الأبعاد لسطح كوكب الزهرة تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر من قبل وكالة «ناسا» يظهر بركان سيف مونس الذي يظهر علامات نشاط مستمر في هذه الصورة المنشورة دون تاريخ (رويترز)

دراسة ترجّح عدم احتواء كوكب الزهرة على المحيطات إطلاقاً

من المرجح أن أي ماء في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة بقي على شكل بخار، وأن الكوكب لم يعرف المحيطات، وفق دراسة أجرتها جامعة كامبريدج.

«الشرق الأوسط» (لندن)
يوميات الشرق الأبقار تعد من المصادر الرئيسة لانبعاثات الميثان (جامعة كاليفورنيا)

حل مستدام لتربية أبقار صديقة للبيئة

كشفت دراسة أميركية أن إطعام الأبقار التي ترعى في المراعي الطبيعية مكملات غذائية تحتوي على أعشاب بحرية يمكن أن يقلل انبعاثات غاز الميثان الناتجة عنها.

«الشرق الأوسط» (القاهرة )
يوميات الشرق فحوص التصوير المقطعي المحوسب تستخدم في فحص سرطان الرئة (جامعة لوما ليندا الأميركية)

فحص سرطان الرئة يكشف أمراض القلب

توصلت دراسة كندية إلى أن فحوص التصوير المقطعي المحوسب المستخدمة في فحص سرطان الرئة يمكن أن تكشف أيضاً أمراضاً في القلب، مثل وجود تراكمات الكالسيوم في الشرايين.

«الشرق الأوسط» (القاهرة )
يوميات الشرق تعليم ما قبل المدرسة يُشكل مرحلة حاسمة في حياة الأطفال (جامعة مونتريال)

التعليم في سن الرابعة يعزز اكتساب لغة ثانية

أظهرت دراسة كندية أن التعليم بسن الرابعة من خلال الالتحاق برياض الأطفال له تأثير كبير في تعزيز اكتساب الأطفال للغة ثانية

صحتك تحتوي روائح الجسم على مجموعة من الإشارات الكيميائية التي تتأثر بالحالة العاطفية للشخص (معهد كارولينسكا)

روائح الجسد تعزز العلاج النفسي للقلق

أظهرت دراسة جديدة شارك فيها باحثون في السويد، أن روائح الجسد المصاحبة للحالات العاطفية للإنسان قد تكون لها القدرة على تعزيز التأثيرات المخففة للقلق.

«الشرق الأوسط» (القاهرة )

روبوت أصغر من الشعرة للتصوير الطبي

الفريق البحثي بجامعة كورنيل الأميركية يراقب نتائج أصغر روبوت متحرك في العالم (جامعة كورنيل)
الفريق البحثي بجامعة كورنيل الأميركية يراقب نتائج أصغر روبوت متحرك في العالم (جامعة كورنيل)
TT

روبوت أصغر من الشعرة للتصوير الطبي

الفريق البحثي بجامعة كورنيل الأميركية يراقب نتائج أصغر روبوت متحرك في العالم (جامعة كورنيل)
الفريق البحثي بجامعة كورنيل الأميركية يراقب نتائج أصغر روبوت متحرك في العالم (جامعة كورنيل)

نجح باحثون من جامعة كورنيل الأميركية في تطوير أصغر روبوت متحرك في العالم، يتمتع بقدرة استثنائية على التفاعل مع موجات الضوء المرئي، والتحرك بشكل مستقل.

وأوضح الباحثون أن هذا الابتكار يهدف إلى تمكين الروبوت من الوصول إلى مواقع دقيقة، مثل العينات النسيجية، لالتقاط صور فائقة الدقة، وقياس القوى على مستوى البنى الدقيقة في الجسم البشري، ونشرت النتائج، الاثنين، في دورية «Science».

وكان فريق البحث من جامعة كورنيل قد حقق سابقاً الرقم القياسي لأصغر روبوت متحرك بحجم يتراوح بين 40 و70 ميكرون؛ لكن الروبوت الجديد يعتمد على تقنية حيود الضوء، ويأتي بأحجام أصغر بكثير تتراوح بين 2 و5 ميكرونات فقط، أي أصغر من شعرة الإنسان. ونتيجة لهذه التقنية أصبح هذا الروبوت الأصغر والأكثر دقة في العالم.

وتقنية حيود أو انحراف الضوء هي ظاهرة تحدث عندما يمر الضوء عبر فتحة ضيقة أو حول حافة جسم، مما يؤدي إلى انحرافه وتوزيعه في نمط مميز. وتُستخدم هذه التقنية في أجهزة دقيقة مثل المجاهر والتصوير البصري. وفي الروبوت الجديد يمكن استخدام حيود الضوء لتحقيق دقة عالية في مهام مثل التصوير وتحليل المواد وإجراء التفاعلات الكيميائية، مما يعزز تطبيقات التكنولوجيا في البحث العلمي والصناعة، وفقاً للباحثين.

ويمتاز الروبوت الجديد بقدرته على التفاعل مع موجات الضوء المرئي، مما يسمح له بالتقاط صور دقيقة، وتحليل القوى على مستوى العينات النسيجية أو الأنسجة البشرية الدقيقة.

وأوضح الباحثون أنه يتم تشغيل الروبوت بواسطة مجالات مغناطيسية تُحدث حركة تشبه «الزحف»، مما يتيح له التحرك على الأسطح الصلبة أو السباحة داخل السوائل. وهذه القدرة الفائقة على المناورة تسمح للروبوت بالوصول إلى مواقع محددة بدقة، مما يمكِّنه من إجراء قياسات وتصوير في بيئات ميكروسكوبية لم تكن المجاهر التقليدية قادرة على الوصول إليها.

ووفقاً للباحثين، فإن الجمع بين الحركة المستقلة لهذه الروبوتات وتقنيات التصوير الدقيقة المستندة إلى حيود الضوء، يمثل خطوة كبيرة في مجال الروبوتات.

وأشار الباحثون إلى أن هذه الروبوتات الصغيرة ليست مجرد تطور تقني؛ بل تفتح آفاقاً جديدة في إجراء تصوير دقيق وتحليل مباشر في العالم المجهري، مما يجعلها أكثر تطوراً من المجاهر التقليدية.

وأضافوا أن هذه الروبوتات ستكسر كل الأرقام القياسية السابقة، وبفضل التحكم المغناطيسي في حركتها، يمكنها تأدية وظائف متعددة ودقيقة.