कार्बन-नकारात्मक निर्माण सामग्री कंक्रीट की जगह ले सकती है

परम्परागत कंक्रीट की पर्यावरणीय लागत

जब आप आज के निर्माण क्षेत्र को देखते हैं, तो स्पष्ट है कि कंक्रीट सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक है। नई निर्माण का अधिकांश हिस्सा कंक्रीट पर निर्भर करता है क्योंकि यह किफायती, उपलब्ध और लचीला है।

कंक्रीट बाजार आँकड़े

वैश्विक कंक्रीट बाजार वर्तमान में $402.87 बिलियन मूल्यांकित है, जबकि अमेरिकी सीमेंट बाजार 2025 में अकेले $15.22 बिलियन से अधिक हो गया। इस मांग के कई स्रोत थे, जिनमें सरकारी बुनियादी ढांचा परियोजनाएँ जैसे सड़कें और राजमार्ग शामिल हैं, जो मांग का 11% बनाते हैं।

डेटा सेंटर कंक्रीट बाजार के हालिया विस्तार का एक और कारण थे। रिपोर्टों के अनुसार, डेटा सेंटर ने 2025 में 247,000 टन कंक्रीट का उपयोग किया, और विश्लेषकों ने 2026 में इस क्षेत्र में और अधिक वृद्धि की भविष्यवाणी की है।

आधुनिक निर्माण बर्बाद है

कंक्रीट निर्माण सामग्री की बढ़ती मांग के संबंध में कई मुद्दे उजागर हुए हैं। एक तो यह प्रक्रिया पर्यावरण पर बहुत कठोर है। रिपोर्टों के अनुसार, कंक्रीट निर्माण वैश्विक CO2 उत्सर्जन का 8% बनाता है। दुर्भाग्यवश, वर्तमान निर्माण विधि ऊर्जा-गहन है, जिसके लिए कंक्रीट को कई हफ्तों तक चलने वाली सख्त प्रक्रिया के दौरान उच्च तापमान पर बेक किया जाता है।

स्थायी निर्माण प्रौद्योगिकियाँ

संतुलन स्थापित करने और स्थिरता हासिल करने की आवश्यकता को पहचानते हुए, इंजीनियरों ने स्थायी निर्माण प्रौद्योगिकियों को बनाने के तरीकों को खोजने में अनगिनत घंटे बिताए हैं। ये रणनीतियाँ बायोमैटेरियल्स के उपयोग से लेकर क्रांतिकारी डिज़ाइनों तक की विस्तृत श्रृंखला को कवर करती हैं, जो कम सामग्री की आवश्यकता रखते हैं।

स्रोत – WPI

इंजीनियरों ने कंक्रीट निर्माण के प्रभाव को कम करने के लिए सबसे रोचक तरीकों में से एक हाइड्रोजेल-आधारित स्कैफ़ोल्ड्स का उपयोग है। यह कंक्रीट का वह प्रकार है, जो जल क्षरण का सामना कर सकता है और खतरनाक स्तर पर पानी में रिसाव नहीं करता।

आज की स्थायी निर्माण प्रौद्योगिकियों में समस्याएँ

पिछले दशक में कंक्रीट निर्माण के पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के लिए किए गए शोध में प्रगति हुई है। हालांकि, अब तक अधिकांश तरीकों को जटिल निर्माण विधियों की आवश्यकता रही है जो स्केल नहीं हो पातीं, या कम से कम अतिरिक्त कोटिंग या सुरक्षा परत की आवश्यकता होती है। इस परिणाम की कमी ने कई शोधकर्ताओं को यह सोचने पर मजबूर किया कि कम ऊर्जा विधियों के माध्यम से कार्बन-नकारात्मक निर्माण सामग्री बनाना लगभग असंभव है।

WPI अध्ययन परिणाम: एंजाइमेटिक सामग्री बनाम कंक्रीट

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सौभाग्य से, WPI शोधकर्ताओं को यह संदेश नहीं मिला। वैज्ञानिक जर्नल Matter में प्रकाशित “Durable, high-strength carbon-negative enzymatic structural materials via a capillary suspension technique ¹” अध्ययन बताता है कि टीम ने एंजाइम-उत्प्रेरित खनिजीकरण कंपोजिट संरचनाओं का उपयोग करके कार्बन-सिंक निर्माण सामग्री कैसे बनाई।

एंजाइम-उत्प्रेरित खनिजीकरण

विशेष रूप से, टीम ने एक विशेष रूप से निर्मित एंजाइम मिश्रण को कैपिलरी सस्पेंशन रणनीति के साथ बनाया, जिससे वे कार्बन मैट्रिक्स के भीतर निकले हुए कैल्शियम खनिजों को पकड़ सकें। एक बार मैट्रिक्स में आपस में जुड़ जाने पर, कण स्वाभाविक रूप से एक साथ बंधते हैं।

एंजाइमेटिक संरचनात्मक सामग्री (ESM)

यह दृष्टिकोण ओवन में तीव्र गर्मी के तहत बेक करने जैसी कृत्रिम सख्त करने की विधियों की आवश्यकता को समाप्त करता है। यह एक ढालने योग्य सामग्री भी बनाता है जो कंक्रीट विकल्पों के बराबर संरचनात्मक शक्ति प्रदान करती है। इस प्रौद्योगिकी के केंद्र में थर्मल क्योरिंग रणनीतियों का उपयोग है, जिससे स्वाभाविक रूप से CaCO3-सेतु वाले त्रिआधारी कंपोजिट बनते हैं जिनकी छिद्रता और यांत्रिक गुण समायोज्य होते हैं।

CO2 कैप्चर

निर्माण में आसान और पर्यावरण के लिए कम हानिकारक होने के अलावा, ESM का एक और बड़ा लाभ यह है कि यह वास्तव में कार्बन सिंक के रूप में कार्य करता है। कार्बन सिंक CO2 को पकड़ते हैं, इसे वायुमंडल से हटाते हैं और संग्रह में सुरक्षित रखते हैं।

स्रोत – Cell

प्रभावशाली रूप से, ESM में ऐसे एंजाइम होते हैं जो CO2 को ठोस बनाते हैं और इसे अधिक ठोस सामग्री में परिवर्तित करते हैं। यह कार्बन कैप्चर संरचना इसे पर्यावरणीय प्रभाव के मामले में बड़ा लाभ देती है। इसका कार्बन-नकारात्मक डिज़ाइन और सिंक क्षमताएँ इस सामग्री को सीधे संयुक्त राष्ट्र के स्थायी भविष्य के पर्यावरणीय दिशानिर्देशों के अनुरूप बनाती हैं।

कार्बन-सिंक निर्माण सामग्री परीक्षण

नीमा रहबार और उनकी टीम ने अपनी नई सामग्री की शक्ति, टिकाऊपन, जल-प्रतिरोध और कार्बन कैप्चर क्षमताओं के लिए परीक्षण किया। उन्होंने विभिन्न आकारों में ढाले जाने और विभिन्न प्रक्रियाओं के उपयोग के बाद सामग्री की शक्ति का भी परीक्षण किया, जिससे टीम को अपनी विधि को सूक्ष्म रूप से समायोजित करने में मदद मिली।

कार्बन-सिंक निर्माण सामग्री अध्ययन परीक्षण परिणाम

अध्ययन के परिणाम सकारात्मक थे। प्रभावशाली रूप से, जल-प्रतिरोध के मामले में ESM ने कंक्रीट से बेहतर प्रदर्शन किया। अतिरिक्त रूप से, रिपोर्टों ने दिखाया कि सामग्री ने हाइड्रोचार माइक्रोस्ट्रक्चर का उपयोग करके संरचनात्मक शक्ति के मामले में पारम्परिक कंक्रीट को पार किया।

विशेष रूप से, सामग्री ने औसत संपीड़न शक्ति 25.8 MPa दर्ज की। यह स्कोर इन सामग्रियों को अन्य स्थायी निर्माण विकल्पों, जैसे लिविंग बिल्डिंग मैटेरियल्स (LBMs) और इंजीनियर्ड लिविंग मैटेरियल्स (ELMs), की वर्तमान क्षमताओं से आगे रखता है।

इंजीनियरों ने यह भी नोट किया कि उत्पादन विधि परम्परागत कंक्रीट की तुलना में बहुत अधिक पर्यावरण मित्र है। एक घन मीटर ESM बनाने से केवल 6 किग्रा CO2 उत्पन्न होता है, जबकि समान मात्रा के परम्परागत कंक्रीट बनाने के लिए 330 किग्रा CO2 आवश्यक होता है।

एंजाइमेटिक संरचनात्मक सामग्री (ESM) के लाभ

ESM बाजार में कई लाभ लाता है। एक बात यह है कि यह परम्परागत कंक्रीट के तुलनीय विकल्प प्रदान करता है, जो अपनी व्यापक उपयोगिता के कारण पहले से ही विस्तृत बुनियादी ढांचा और पेशेवरों के साथ है, जो अब बिना किसी बड़े परिवर्तन के ESM का उपयोग कर सकते हैं।

ESM इस डिज़ाइन में उपयोग किए गए कण-बाइंडिंग और सख्त करने की प्रक्रिया के कारण अधिक शक्ति प्रदान करता है। अतिरिक्त रूप से, यह कंक्रीट की तुलना में बहुत तेज़ी से सख्त होता है। पारम्परिक विकल्पों को ठीक से सख्त होने में कम से कम 28 दिन लगते हैं। तुलना में, ESM कुछ घंटों में सख्त हो जाता है। यह तेज़ निर्माण और मरम्मत को सक्षम बनाता है।

लागत-प्रभावी

ESM को इस क्षेत्र में एक प्रमुख मील का पत्थर माना जाने के कई वित्तीय कारण भी हैं। एक बात यह है कि यह निर्माण विधि के दौरान श्रम आवश्यकताओं को कम करता है। अतिरिक्त रूप से, इसकी मरम्मत क्षमता कम रखरखाव शुल्क का मतलब है। साथ ही, इस सामग्री की अत्यधिक ढालने योग्यता निर्माण कचरे को कम करती है, जिससे निर्माण लागत घटती है और परियोजनाओं की आयु बढ़ती है।

स्केलेबिलिटी

ESM का एक और बड़ा लाभ यह है कि इसे बड़े पैमाने पर और औद्योगिक स्तर पर उत्पादन किया जा सकता है। यह तुलनीय शक्ति और ढालने योग्यता, तथा कम कचरा प्रदान करता है। इन सभी कारकों से कंक्रीट निर्माताओं के लिए अधिक आय और सामग्री उपयोगकर्ताओं के लिए अधिक गुणवत्ता मिलती है।

पर्यावरण के अनुकूल

जब आप बड़े चित्र को देखते हैं, तो ESM परम्परागत कंक्रीट का एक व्यवहार्य विकल्प प्रदान करता है। जो पर्यावरण के अनुकूल है। इसका कार्बन सिंक डिज़ाइन जलवायु परिवर्तन से लड़ने और शहरों, सड़कों और अन्य पर प्रभाव को कम करने में मदद कर सकता है।

साथ ही, इस सामग्री को पहले दिन से ही पुनर्चक्रण योग्य बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया था। लक्ष्य एक चक्रीय निर्माण प्रक्रिया बनाना है। यदि सफल रहा, तो ESM भविष्य में किफायती आवास, बुनियादी ढांचा और रखरखाव परियोजनाओं को स्थायी बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।

कार्बन-नकारात्मक कंक्रीट के लिए व्यावसायिक समयरेखा

आगे बढ़ते हुए ESM के कई अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, आप इसे भविष्य के बुनियादी ढांचा और बड़े पैमाने पर निर्माण परियोजनाओं में उपयोग होते देख सकते हैं। कार्बन-धारण करने वाली सामग्रियों का एकीकरण मानव विस्तार और घटती वनस्पति के प्रभाव को कम करने में मदद करेगा।

विशेष रूप से, सड़कों का CO2 उत्सर्जन में प्रमुख योगदान है। उनके डामर और कंक्रीट निर्माण विधियों से लेकर उनके बिछाने के तरीके, और यहां तक कि उन पर चलने वाली गाड़ियां, हर चरण अधिक CO2 उत्पन्न करता है। ESM के उपयोग से ऐसी सड़कें बनेंगी जो वाहनों से CO2 को पकड़ने में मदद करेंगी, जिससे उत्सर्जन कम होगा।

व्यावसायीकरण समयरेखा और अपनाने का दृष्टिकोण

आप अगले 5 वर्षों में ESM के उपयोग को देख सकते हैं। इस सामग्री को प्रमुख बुनियादी ढांचा परियोजनाओं में स्वीकार करने से पहले अभी भी अधिक परीक्षण करने की आवश्यकता है। हालांकि, यह संयुक्त राष्ट्र के शून्य-शुद्ध कार्बन चार्टर के साथ संरेखित है और कम पर्यावरणीय प्रभाव के साथ अधिक किफायती निर्माण प्रदान करता है। इसलिए, इस प्रौद्योगिकी की मांग बहुत अधिक होने की संभावना है।

कार्बन-सिंक निर्माण सामग्री शोधकर्ता

कार्बन-सिंक निर्माण अध्ययन का नेतृत्व वॉर्सेस्टर पॉलिटेक्निक इंस्टीट्यूट (WPI) के वैज्ञानिकों ने किया। विशेष रूप से, राल्फ एच. व्हाइट फैमिली प्रोफेसर और सिविल, पर्यावरणीय और वास्तु अभियांत्रिकी विभाग के प्रमुख, नीमा रहबार, इस शोध के प्रमुख के रूप में सूचीबद्ध हैं। पेपर में शुआई वांग, पार्दिस पूरहाजी, डैल्टन वासालो, सारा हेइडारनेजहाद, और सुज़ैन स्कार्लाटा को योगदानकर्ता सदस्य के रूप में भी उल्लेख किया गया है।

कार्बन-सिंक निर्माण सामग्री भविष्य

टीम अब अपने ESM निर्माण प्रक्रिया को स्केल करने में मदद करने के लिए प्रतिष्ठित उद्योग साझेदारों को सुरक्षित करने पर ध्यान देगी। इस चरण में उन्हें ESM की यांत्रिक गुण, टिकाऊपन और दक्षता को कैसे सुधारें, इसका आगे अध्ययन करना होगा।

स्थायी निर्माण के लिए सार्वजनिक बाजार एक्सपोजर

कई कंपनियों ने आज की बर्बाद निर्माण तकनीकों के बेहतर विकल्पों की खोज में अनुसंधान पर करोड़ों खर्च किए हैं। ये फर्में समझती हैं कि स्थिरता भविष्य में समृद्धि सुनिश्चित करने की कुंजी है। यहाँ एक कंपनी है जो निरंतर नवाचार को आगे बढ़ाती है जबकि क्षेत्र में एक प्रतिष्ठित नाम बनी रहती है।

CRH (CRH)

जबकि ESM जैसी प्रयोगशाला-आधारित समाधान अभी अपने शुरुआती चरण में हैं, उद्योग दिग्गज CRH ही सबसे संभावित है जो इन्हें स्केल कर सकेगा। उत्तर अमेरिका में प्रमुख निर्माण सामग्री व्यवसाय के रूप में, CRH ने अपने $250M वेंचरिंग एवं इनोवेशन फंड के माध्यम से परम्परागत कंक्रीट से आगे बढ़ने के लिए सक्रिय कदम उठाए हैं।

विशेष रूप से, CRH ने कार्बन अपसाइक्लिंग टेक्नोलॉजीज (CUT) के साथ साझेदारी की है ताकि वाणिज्यिक-स्तर पर कार्बन कैप्चर लागू किया जा सके। जुलाई 2025 में, CRH की एश ग्रोव सहायक कंपनी ने मिसिसॉगा, ओंटारियो में एक प्रथम-प्रकार की सुविधा का निर्माण शुरू किया, जो सीमेंट किल्न से सीधे CO2 को पकड़ने और इसे निर्माण सामग्री में खनिजीकरण करने के लिए डिज़ाइन की गई है। यह WPI अध्ययन में प्रदर्शित कार्बन-सिंक सिद्धांतों के साथ सीधे मेल खाता है।

अपने “Sustainable Building Materials” एक्सेलेरेटर के माध्यम से स्टार्टअप्स में निवेश करके, CRH शैक्षणिक प्रगति और औद्योगिक वास्तविकता के बीच एक पुल का काम करता है, जिससे यह बुनियादी ढांचे के डिकार्बोनाइजेशन के लिए एक “पिक-एंड-शवेल” खेल बन जाता है।

CRH (CRH) की नवीनतम समाचार और प्रदर्शन

कार्बन-सिंक निर्माण सामग्री | निष्कर्ष

प्रभावशाली रूप से, टीम की कड़ी मेहनत और समर्पण बाजार में एक विशाल परिवर्तन का कारण बन सकता है। यदि वैश्विक निर्माण का केवल 1% भी ESM जैसी कार्बन-नकारात्मक सामग्री की ओर बदलता है, तो यह बाजार को अगले स्तर तक ले जा सकता है जबकि भविष्य में CO2 उत्सर्जन को कम कर सकता है।

जब आप अतिरिक्त स्थिरता, कम लागत और मॉड्यूलरिटी को देखते हैं, तो यह कल्पना करना आसान है कि भविष्य में निर्माता परम्परागत कंक्रीट की बजाय ESM के साथ काम करना पसंद करेंगे। ये सभी कारक, अधिक किफायती और तेज़ सख्त करने, समायोज्य शक्ति और पुनर्चक्रणीयता के साथ मिलकर, भविष्य में अपनाने को बढ़ावा दे सकते हैं।

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संदर्भ

^{1. Wang, S., Pourhaji, P., Vassallo, D., Heidarnezhad, S., Scarlata, S., & Rahbar, N. (2025). टिकाऊ, उच्च-शक्ति कार्बन-नकारात्मक एंजाइमेटिक संरचनात्मक सामग्री कैपिलरी सस्पेंशन तकनीक द्वारा. Matter, 102564. https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102564}