التصنيع بالإضافة
بوليمر طين-قنب سريع الجفاف مطبوع ثلاثي الأبعاد ليحل محل الخرسانة
حدود البيئة للخرسانة: استخدام الرمل وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون
أصبحت الخرسانة المادة الأساسية في البناء خلال العقود القليلة الماضية، خاصة في البيئات الحضرية الكثيفة. لقد حلت تدريجياً محل الطوب والحجر والخشب، بفضل تكلفتها المنخفضة وسهولة استخدامها وقابليتها للتوسع.
لكنها ليست خالية من المشكلات.
أولاً، هي بعيدة كل البعد عن أن تكون منتجًا مستدامًا عندما يتعلق الأمر باستهلاك الموارد. إنها تستخدم كميات هائلة من الرمل، إلى درجة أن التقارير تشير إلى أن العالم “ينفد من الرمل”.
المصدر: Visual Capitalist
إنتاج الأسمنت أيضًا نشاط يستهلك طاقة كبيرة. إنه يُشغل تقريبًا بالكامل بالوقود الأحفوري، مما يؤدي إلى أن إنتاج الأسمنت مسؤول عن 8٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم.
هذا يُقارن بانبعاثات السيارات والشاحنات، التي تُسهم بـ10٪ من الانبعاثات العالمية. وبالتالي، جعل الخرسانة أكثر استدامة سيكون له نفس الأثر كتحويل جميع سيارات العالم إلى سيارات كهربائية وتشغيلها بالطاقة الخضراء فقط.
كيف يخلق طباعة الطين-قنب ثلاثية الأبعاد بديلاً منخفض الكربون للخرسانة
بالتوازي مع البحث عن بدائل أكثر خضرة للخرسانة التقليدية، ظهرت فكرة استخدام مبادئ الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء المنازل.
بدلاً من الطرق التي تتطلب جهدًا يدويًا مثل بناء الطوب، يمكن لآلة طباعة ثلاثية الأبعاد مؤتمتة تجميع الجدران بسرعة.
مع ذلك، لا يلغي طباعة الجدران الوقت الطويل اللازم لتصلب الخرسانة؛ لا يزال هناك فترة انتظار تصل إلى 28 يومًا قبل أن يحقق الهيكل القوة الكاملة.
طور باحثون في جامعة ولاية أوريغون الآن بديلًا للخرسانة يقل بشكل كبير من استهلاك الكربون مع بقاء توافقه مع تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
نشروا نتائجهم في مجلة Advanced Composites and Hybrid Materials1 تحت عنوان “الطباعة ثلاثية الأبعاد للبنية التحتية المستدامة باستخدام طين سريع التصلب مع إضافات حيوية.”
اسحب للتمرير →
| الخاصية | الخرسانة التقليدية من الأسمنت | خرسانة بوليمر الطين-قنب (OSU) | أسمنت إلكترولايزر منخفض الكربون (Sublime) |
|---|---|---|---|
| المادة المربطة | أسمنت بورتلاند، كلنكر محروق في الفرن | مادة رابطة بوليمرية تعتمد على الأكريلاميد باستخدام RICFP | أسمنت قائم على الإلكترولايزر يُصنع في درجات حرارة محيطية |
| المحتوى الحيوي / الموجود في الموقع | منخفض؛ أساسًا تجميعات محجرة | ≈75٪ طين، رمل، ألياف القنب، فحم حيوي حسب الوزن | يعتمد على مصادر الكالسيوم المحلية (نفايات صناعية، صخور) |
| القوة فور وضع المادة | فعليًا 0 ميغاباسكال؛ يتطلب قالبًا | ≈3 ميغاباسكال مباشرة بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد | ملف القوة المبكرة لا يزال قيد التطوير والاختبار |
| عدد الأيام للوصول إلى قوة هيكلية 17–24 ميغاباسكال | عادةً حتى 28 يومًا | ≈3 أيام لتجاوز 17 ميغاباسكال | يستهدف مماثل أو أفضل، يختلف حسب الخلطة والمصنع |
| الوقت الكامل للتصلب | ≈28 يومًا | ≈8–14 يومًا (أكثر من 40 ميغاباسكال) | حسب المصنع؛ مصمم لتجنب عملية الفرن |
| بصمة CO₂ مقارنةً بأسمنت بورتلاند العادي | عالية (أفران وإص emissions العملية) | أقل، بفضل التجميعات الحيوية وعدم وجود فرن أسمنت | مصمم ليكون أقل بكثير عبر تجنب تحلل الحجر الجيري |
| قدرة الطباعة ثلاثية الأبعاد | يتطلب دعائم، تصلب أبطأ، نتوءات محدودة | يمكن طباعة نتوءات وفجوات حرة دون دعائم | في مرحلة مبكرة؛ يركز على الإنتاج الدفعي للأسمنت منخفض الكربون |
داخل بوليمر الطين-قنب: RICFP والتجميعات الحيوية
عادةً ما يتكون الأسمنت من الكالسيوم، السيليكون، الألمنيوم، والحديد، التي تُسخن في النهاية في فرن وتُطحن إلى مسحوق ناعم.
بدلاً من ذلك، طور الباحثون مادة بناء قائمة على الطين قابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام طريقة تُعرف باسم بوليمرة الجبهة الكاتيونية المُحثة جذريًا (RICFP).
تعتمد على ثلاثة مكونات كيميائية رئيسية:
- مونومر يتبوليمر في وجود جذر حر.
- مُقاطع يربط سلاسل البوليمر معًا.
- مبادئ يطلق الجذور الحرة اللازمة لبدء البلمرة تحت درجات حرارة عالية.
حقق الباحثون ذلك بدمج مادة الربط RICFP مع تجميعات الطين، الرمل، الفحم الحيوي، وألياف القنب لتحسين القوة الانضغاطية، العزل، والاستدامة. أضيفت مادة ربط مكونة من مونومر الأكريلاميد (ACR)، ومُقاطع ميثيلينبيساكريلاميد (MBA)، وبيرسلفات الأمونيوم (APS).
في المجموع، تمكنت هذه التركيبة من استخدام 70–80٪ من المواد الحيوية حسب الوزن.
قوة متفوقة وتصلب أسرع مقارنةً بالخرسانة التقليدية
التحسين الرئيسي الذي توفره هذه المادة مقارنةً بالخرسانة هو القوة الأعلى، خاصةً فور الطباعة ثلاثية الأبعاد.
مع قوة بناء تبلغ 3 ميغاباسكال (MPa)، تتيح بناء جدران متعددة الطبقات ونتوءات حرة مثل الأسقف.
تزداد هذه القوة مع مرور الوقت، مما ينتج مبنى نهائي صلب جدًا.
“يتجاوز 17 ميغاباسكال، القوة المطلوبة للخرسانة الهيكلية السكنية، في ثلاثة أيام فقط، مقارنةً بما يصل إلى 28 يومًا للخرسانة التقليدية القائمة على الأسمنت.”
ديفين رواتش – أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية، كلية الهندسة بجامعة ولاية أوريغون
ميزة أخرى هي وقت التصلب: تصل المادة إلى قوة 17 ميغاباسكال المطلوبة للخرسانة الهيكلية السكنية في ثلاثة أيام فقط. وتكتمل عملية التصلب في أقل من أسبوعين—مقارنةً بحوالي 28 يومًا للخرسانة التقليدية القائمة على الأسمنت.
اختبر الباحثون أيضًا طرق بناء مختلفة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد. وأظهروا أن القوة الأعلى والبلمرة السريعة تمكّن الخليط الجديد من الطباعة دون الحاجة إلى هيكل أساسي.
يمكن أيضًا استخدام هذه الطريقة الجديدة لطباعة أبواب ونوافذ ذات أشكال عادية، وهي ميزات عادةً ما تتطلب مواد إضافية أو طرقًا خاصة مع طباعة الخرسانة ثلاثية الأبعاد.
“قدرة المادة على طباعة هياكل حرة دون استخدام الدعائم، بما في ذلك قدرات متنوعة وفريدة للطباعة باستخدام خرسانة تتبوليمر أماميًا.”
ما قد يعنيه طباعة الطين-قنب ثلاثية الأبعاد للمباني المستقبلية
بينما استخدمت المنازل والمواد الإنشائية المطبوعة ثلاثيًا في البداية الخرسانة، من المحتمل أن تستفيد هذه الطريقة الإنشائية الجديدة من مواد جديدة.
في الوقت الحالي، وبما أنها لا تزال في مرحلة تجريبية، فإن المادة القائمة على الطين-قنب-الفحم الحيوي أغلى من الخرسانة.
لكن التحسين المستمر وتخفيض تكاليف البناء بفضل كفاءات الطباعة ثلاثية الأبعاد يجب أن يجعلاها في النهاية مساوية للمواد التقليدية.
بالإضافة إلى ذلك، قد تكون البصمة الكربونية المتفوقة عاملاً حاسمًا إذا بدأت الضرائب الكربونية تؤثر بشكل كبير على تكاليف الأسمنت.
الاستثمار في إنتاج الأسمنت
ملخص المستثمر – طباعة الطين-قنب ثلاثية الأبعاد & CRH
لا يزال بوليمر الخرسانة الطيني-قنب في مرحلة المختبر والطيار، لكنه يقع ضمن تيار ثلاث قوى قوية: خفض الكربون في البناء، البناء الآلي المطبوع ثلاثيًا، والمواد سريعة التصلب التي تضغط جداول المشاريع. تُظهر خلطات جامعة ولاية أوريغون كيف يمكن للتجميعات الحيوية والكيمياء البوليمرية أن توفر قوة هيكلية في أيام بدلاً من أسابيع، مع بصمة كربونية أقل بكثير من الأسمنت التقليدي. بالنسبة للمستثمرين في السوق العامة، تُعد شركة CRH واحدة من أوضح الطرق للحصول على تعرض لهذا التحول. الشركة هي أكبر شركة لإعادة التدوير في أمريكا الشمالية، وقد بدأت بالفعل في خفض انبعاثات الأسمنت باستخدام الوقود البديل، وتستثمر رأس المال في مبتكري الأسمنت منخفض الكربون مثل Sublime Systems، وتقنيات التقاط الكربون، وتحسين الخلطات المدفوعة بالذكاء الاصطناعي. إذا تم توسيع نطاق الأسمنت القائم على الإلكترولايزر والخليطات المتقدمة المطبوعة ثلاثيًا تجاريًا، فإن الشركات القائمة ذات التوزيع العالمي، ورأس المال، والعلاقات التنظيمية—مثل CRH—ستكون في أفضل موقع لامتلاك التحول بدلاً من أن تتعرض للاضطراب.
CRH: رائد الأسمنت المستدام وخطوة خفض الكربون
(CRH )
كواحدة من القادة العالميين في إنتاج الأسمنت، ستلعب CRH دورًا أساسيًا في تحويل بناء الأسمنت إلى صناعة أكثر استدامة. تحتل المرتبة الأولى في إجمالي حجم المواد الإنشائية المقدمة في كل من السوقين الأمريكي والأوروبي.
تعمل الشركة في 28 دولة و3,390 موقعًا، وتوظف 78,500 شخص، وتحقق CRH Americas 65٪ من مبيعاتها العالمية لعام 2023.
تتوقع CRH إنفاقًا قويًا من حكومات الغرب على البنية التحتية للمساعدة في نمو أعمالها. كما ينبغي أن تساعد اتجاهات إعادة التصنيع وإعادة توطين التصنيع عالي التقنية.
المصدر: CRH
CRH لديها تقدم كبير في الاستدامة من خلال سلسلة من المبادرات:
- إنها أكبر شركة لإعادة التدوير في أمريكا الشمالية، حيث أعادت تدوير 43.9 مليون طن من النفايات والمنتجات الثانوية من صناعات أخرى في عام 2023.
- خفضت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 8٪ في عام 2023، بفضل استخدام 36٪ من الوقود البديل في مصانعها الأسمنتية.
- تسعى إلى خفض الانبعاثات بنسبة 30٪ بحلول عام 2030 (مقارنةً بانبعاثات 2021).
لحسن الحظ، تُعد CRH أيضًا محركًا لتغييرات أكثر جوهرية في القطاع. وعلى وجه الخصوص، استثمرت 75 مليون دولار في شركة الأسمنت منخفض الكربون Sublime، بالتعاون مع عملاق الخرسانة الأوروبي Holcim.
Sublime Systems تأسست من معهد MIT في عام 2020 لاستخدام إلكترولايزر لإنتاج الأسمنت في درجات حرارة محيطية، مستبدلة الأفران التي تستهلك الطاقة والوقود الأحفوري. كما تتيح استخدام مصادر الكالسيوم كمواد مدخل، متجنبة إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الحجر الجيري.
من المتوقع أن يفتح أول مرفق تجاري لـ Sublime في هوليك في أقرب وقت إلى عام 2026. إذا ثبت نجاحه، قد يكون هو العامل الحقيقي لتغيير قواعد اللعبة في صناعة الأسمنت، وقد يفتح الطريق إلى خرسانة منخفضة الانبعاثات على نطاق واسع.
استثمارات أخرى في مجال خفض الكربون والاستدامة تشمل:
- 23.7 مليون يورو في Cool Planet Technologies، التي تطور حلول التقاط الكربون للصناعات التي كانت تقليديًا صعبة الخفض الكربوني.
- $34.7M من قبل CRH ومستثمرين آخرين في Carbon Upcycling Technologies، باستخدام حل تمعدن كهربائي بالكامل لتخزين ثاني أكسيد الكربون بشكل دائم في المنتجات الثانوية الصناعية والمعادن، مثل الأسمنت، البلاستيك، المنتجات الاستهلاكية، الأسمدة، والأدوية.
- AICrete، منصة “الوصفة كخدمة” تعمل مع منتجي الخرسانة المحليين، تحسين المواد المحلية وتقليل كمية الأسمنت المستخدمة باستخدام تحليلات الذكاء الاصطناعي، مما يقلل من بصمة الكربون وتكلفة إنتاج الخرسانة.
- تمويل السلسلة B لشركة FIDO AI هو شركة ناشئة تستخدم الذكاء الاصطناعي لتقليل استهلاك المياه وزيادة توفير المياه.
أخيرًا، تستثمر CRH أيضًا في طباعة الخرسانة ثلاثية الأبعاد (3DCP) عبر شركتها الفرعية Amerimix.
بشكل عام، تُعد CRH رائدة مربحة في صناعة الخرسانة والبناء وتستعد بنشاط كبير لتخفيض الكربون في الصناعة، سواء مباشرةً في المرافق القائمة أو من خلال كونها مزودًا رئيسيًا لرأس المال للشركات الناشئة المبتكرة التي تخلق الجيل التالي من تقنيات إنتاج الأسمنت والخرسانة، بما في ذلك خفض الكربون والطباعة ثلاثية الأبعاد.
آخر أخبار وتطورات سهم CRH (CRH)
الدراسة المشار إليها
1. Nicolas A. Gonsalves et al,. 3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volume 8. 01 أكتوبر 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
