إعادة تقييم المواد والعمليات الإنشائية القائمة من خلال منظور حديث

لآلاف السنين، سمحت مواد البناء مثل الخرسانة للبشر بخلق تحف معمارية خالدة؛ فقط انظر إلى روما القديمة كمثال. بينما قد يظن البعض أنه على مر هذا الوقت قد تعلمنا كل ما يمكن معرفته عن هذه المواد، فإن إعادة تقييمها من خلال منظور حديث مكن الشركات التي تتطلع إلى المستقبل من إعطائها غرضًا جديدًا وتحسين الوصفات القديمة.

المواد والعمليات

كما ذُكر، تُعد روما القديمة المثال المثالي لما يمكن تحقيقه باستخدام الخرسانة. حتى وقت قريب، كان العلماء في حيرة من أمرهم حول كيف لا تزال الهياكل التي تعود لأكثر من 2000 عام في حالة جيدة إلى هذا الحد. الآن، نعلم أن الإجابة كانت واضحة طوال الوقت – الجير.
كان يُعتقد دائمًا أن وجود الجير في الخرسانة الرومانية ناتج عن ممارسات خلط سيئة/رديئة. لكن تبين أن الكتل الجيرية الناتجة لها غرض مهم، وعند دمجها في الخرسانة بطريقة محددة، سمحت للمنتج النهائي بأن يشفى ذاتيًا من التشققات؛ وهذا يقودنا إلى أول نظرة حديثة على مادة بناء قديمة – الخرسانة ذاتية الشفاء.

الخرسانة ذاتية الشفاء

الخرسانة هي ببساطة مزيج من الركائز الدقيقة والخشنة تُخلط وتُثبت معًا بواسطة مادة صلبة. لقد اختلفت وصفة صنع الخرسانة عبر الزمن وعبر العالم لتتناسب مع البيئات المختلفة. ومع وضع ذلك في الاعتبار، بدأ العلماء في البحث وتجربة وصفات/نهج جديدة لإنشاء نسخة مُصممة للمستقبل. أحد الأمثلة يأتي من جامعة كولورادو، حيث قام العلماء بتطوير بديل محتمل للخرسانة يسمونه ‘مواد بناء حية (LBMs)’ تُصنع باستخدام “كائنات دقيقة ضوئية لتصنيع المعادن الحيوية على هياكل رملية-هلامية غير نشطة”.

من المثير للآمال أن هذه المواد الحية أظهرت القدرة ليس فقط على الاستنساخ الذاتي والشفاء الذاتي، بل يمكن تصنيعها من مواد نفايات. كما أن قدرتها على التقاط الكربون مهمة بنفس القدر. إلى جانب المتانة وطول العمر، هناك سبب رئيسي للوقت المستغرق في تطوير وصفات جديدة للخرسانة المستقبلية – البيئة.

عملية إنتاج الخرسانة تُصدر كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO₂). باعتبارها المنتج الثاني الأكثر استخدامًا على الأرض، ينتج عن ذلك انبعاثات هائلة (8٪ من إجمالي CO₂). إذا استطعنا إنشاء نسخ من الخرسانة تساعد البيئة بدلاً من الإضرار بها، فذلك مسار يستحق الاستكشاف.

https://youtu.be/sXIjX7Jio5A
بعيدًا عن الأبحاث المستمرة في المختبرات، تقدم الشركات الناشئة مثل Biomason منتجات مبنية على نهج مماثل يستخدم البيولوجيا كوسيلة لتقليل البصمة البيئية لصناعة الأسمنت. حتى الآن، جمعت هذه الشركة حوالي 95 مليون دولار من التمويل عبر جولات متعددة من مستثمرين مثل Novo Holdings وCelesta Capital وغيرهم.

قضبان القنب

العوارض الحديدية (ريبار) هي مادة مهمة للغاية تُستخدم عند بناء الهياكل الخرسانية. عادةً ما تُصنع من الفولاذ، وتوفر الدعم الهيكلي للمباني الخرسانية وتزيد من طول عمرها. كما ذُكر سابقًا، فإن العمل بالخرسانة يعني عادةً انبعاثات كبيرة من CO₂. ماذا لو كان هناك طريقة لإنشاء عوارض تساعد على تعويض هذه المشكلة دون التضحية بمزايا الفولاذ؟ نقدم لكم عوارض القنب.
عوارض القنب لا تعمل فقط على زيادة طول عمر الخرسانة، بل يمكن أن تكون أرخص وأقوى وأخف وزنًا من الفولاذ مع الحفاظ على خلوها من الصدأ؛ جميعها اعتبارات مهمة، حيث إن انهيار العديد من المباني يرتبط بالعوارض الفولاذية الثقيلة والمتآكلة. كما تُعرف بأنها مادة حيوية سلبية الكربون، حيث تمتص الحقول المتزايدة كميات هائلة من CO₂. عند استخدامها في تطبيقات مثل تحويلها إلى عوارض، يمكن للمنتج طوال دورة حياته أن يساهم في تعويض انبعاثات CO₂ المرتبطة باستخدام الخرسانة.

طوب تخزين الطاقة

الخرسانة ليست المادة الوحيدة التي تخضع لتجديد مستقبلي. تُطوَّر الآن عمليات تحويل الطوب العادي والمعاد تدويره إلى مكثفات فائقة. وهذا يعني أنه في المستقبل القريب، قد تُستخدم الطوب التي تُغطي منزلك أو تشكل ممرًا كحل لتخزين الطاقة. ببساطة، اربط الطوب بمصدر طاقة (مثل الألواح الشمسية)، ويمكن شحن الطوب لتوفير الطاقة خلال ساعات الليل. ومع ذلك، يجب الإشارة إلى أن التقنية لا تزال في مراحلها الأولى قبل أن يصبح ذلك ممكنًا. حاليًا، يشير الباحثون إلى أن سعة حوالي 50 طوبة قد توفر طاقة كافية للإضاءة الطارئة لمدة تصل إلى 5 ساعات فقط.

لتحقيق هذا الإنجاز، درس الباحثون البنية الداخلية للطوب، ملاحظين أنها مسامية إلى حد كبير. لتحويلها إلى مكثفات فائقة، تم طلاء/حقن الطوب بـ PEDOT (بوليمر موصل)، مما يحول الطوب أساسًا إلى إسفنجة طاقة.

هذه هي نوعية الحلول التي، عند دمجها مع دفع مستمر ومنسق نحو الطاقة المستدامة، ستمكن البشر من عكس الضرر الذي يلحق بالأرض وضمان مستقبل أكثر خضرة.

التصنيع الإضافي

النظر إلى مستقبل البناء يتجاوز مجرد المواد المستخدمة. هناك أيضًا العمليات التي يجب مراعاتها. ومع وضع ذلك في الاعتبار، يُعد أحد أكثر القفزات الواعدة والتي قد تُغيّر طريقة البناء هو التصنيع الإضافي المعروف بـ ‘الطباعة ثلاثية الأبعاد’.
ICON هي شركة بارزة تستحق المتابعة، حيث أن منتجاتها/خدماتها أكثر من مجرد فكرة ذات إمكانات عالية؛ فهي تُطبق بالفعل. في مثال واحد، يُجرى الآن بناء مجتمع مكوّن من 100 منزل مطبوع ثلاثيًا بواسطة ICON في جورجتاون، تكساس. في مثال آخر، وربما الأكثر إثارة، حصلت ICON على جائزة بقيمة 57.2 مليون دولار من NASA لتطوير ‘نظام بناء سطح القمر’. نعم، تعمل ICON على تطوير الأنظمة التي ستمكن من سكن القمر وما بعده في هياكل مطبوعة ثلاثيًا.
https://youtu.be/anBl7HEo5pY

الوعد الذي تحمله المنازل المطبوعة ثلاثيًا هو أن شركات مثل ICON قد جذبت بالفعل تمويلًا كبيرًا من المستثمرين ذوي الرؤية المستقبلية. وفقًا لأحدث جولة تمويلية لها، تمتلك ICON الآن حوالي 451.5 مليون دولار في التمويل.

ICON ليست الشركة الوحيدة التي تطبع المنازل ثلاثيًا. شركات أخرى مثل Alquist تستغل العملية لإنشاء مساكن ميسورة التكلفة في محاولة لـ “رفع المجتمعات المتضررة اقتصاديًا والمهمشة من خلال خفض تكلفة البناء”

نظرة مستقبلية

السنة هي 2033. إذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، سيخرج الناس من منازلهم المطبوعة ثلاثيًا والمعززة بخرسانة ذاتية الشفاء وعوارض القنب، والتي تُزود بالطاقة ليلاً عبر ممر من الطوب المشحون طوال النهار، وينظرون إلى السماء الليلية. هناك، سيشاهدون نقاطًا من الضوء تنبعث من مصفوفات هائلة من الأقمار الصناعية، التي تم نشرها باستخدام صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام والتي تُسلم أيضًا حمولات من المواد للبنية الأولى التي تُبنى على القمر.