कंक्रीट पहले था, है, और आगे भी एक महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्री रहेगा – हम इसकी कमियों को कैसे पार कर सकते हैं?

कंक्रीट की सीमाएँ

कंक्रीट ने पिछले कुछ दशकों में निर्माण में केंद्रीय सामग्री बनकर उभरा है, विशेष रूप से घनी शहरी वातावरण में। यह अपनी कम लागत, आसान उपयोग और स्केलेबिलिटी के कारण ईंट, पत्थर और लकड़ी को क्रमशः प्रतिस्थापित करता आया है।

लेकिन इसमें समस्याएँ भी हैं।

स्थिरता

पहले, संसाधन खपत के मामले में यह एक स्थायी उत्पाद नहीं है। यह अत्यधिक मात्रा में रेत का उपभोग करता है, यहाँ तक कि कहा गया है कि दुनिया “रेत से बाहर” हो रही है।

स्रोत: Visual Capitalist

सीमेंट का उत्पादन भी बहुत ऊर्जा‑गहन गतिविधि है। यह लगभग पूरी तरह से जीवाश्म ईंधनों द्वारा संचालित होता है, जिससे सीमेंट उत्पादन विश्व के CO2 उत्सर्जन का 8 % जिम्मेदार है।

इसे कारों और वैनों के CO2 उत्सर्जन से तुलना की जा सकती है, जो विश्व के कुल उत्सर्जन का 10 % जिम्मेदार हैं। इसलिए, कंक्रीट को अधिक स्थायी बनाना उतना ही प्रभावशाली होगा जितना कि सभी कारों को इलेक्ट्रिक वाहन में बदलना और उन्हें केवल हरी ऊर्जा से चलाना।

टिकाऊपन

यदि कंक्रीट इमारतें शताब्दियों तक टिकतीं, तो कम से कम हम यह मान सकते थे कि रेत की खपत और CO2 उत्सर्जन एक बार के कार्य के रूप में किया गया था, और निर्माण लंबे समय तक बना रहता।

लेकिन ऐसा नहीं है। आज निर्मित अधिकांश इमारतें, अर्थात् सुदृढ़ कंक्रीट इमारतें, औसत आयु केवल 50‑100 वर्ष की होती है। इसके बाद उन्हें पूरी तरह से ध्वस्त करना पड़ता है, मलबा हटाकर कहीं दफ़न करना पड़ता है, और फिर से शून्य से निर्माण करना पड़ता है।

नई कंक्रीट तकनीकें

उच्च पर्यावरणीय लागत और टिकाऊपन की कमी का मतलब है कि कंक्रीट को सुधारना आवश्यक है। बेशक, सिद्धांततः हम पूरी तरह से पत्थर, मिट्टी और लकड़ी को मूल निर्माण सामग्री के रूप में वापिस ले सकते हैं। हालांकि, कंक्रीट की व्यावहारिकता और कम लागत इसे वास्तुकारों की पसंदीदा सामग्री के रूप में हटाना बहुत कठिन बनाती है।

स्टील को हटाना

आधुनिक कंक्रीट की कम टिकाऊपन का मुख्य कारण उसमें डाली गई स्टील रीबार (रिइन्फोर्सिंग बार) है। स्टील रीबार महत्वपूर्ण संरचनात्मक लाभ प्रदान करता है, क्योंकि यह कंक्रीट की तन्य शक्ति (खींचने या खींचे जाने के प्रतिरोध) को काफी बढ़ाता है।

समस्या यह है कि स्टील, जो मुख्यतः लोहे से बना होता है, अंततः जंग लगाता है। जंग लगने पर यह फैलता है, जिससे उसके आसपास का कंक्रीट फट जाता है। इसे अक्सर “कंक्रीट कैंसर” कहा जाता है, और यही कारण है कि सुदृढ़ कंक्रीट केवल सीमित समय तक ही टिकता है।

स्रोत: USNW Sydney

ग्रैफ़ीन कंक्रीट

जैसे ही हम नई सामग्री बना रहे हैं, नई समाधान कंक्रीट पर लागू किए जा सकते हैं। कंक्रीट में ग्रैफ़ीन जोड़कर, एक असाधारण 2D सामग्री, वर्जीनिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने कंक्रीट के प्रदर्शन को बढ़ाया है, साथ ही इसे अधिक टिकाऊ बनाया है और कार्बन उत्सर्जन को कम किया है।

यह “Rheological, mechanical, and environmental performance of printable graphene‑enhanced cementitious composites with limestone and calcined clay” शीर्षक वाले जर्नल ऑफ बिल्डिंग इंजीनियरिंग में प्रकाशित हुआ।

उन्होंने 3D प्रिंटिंग विधियों में उपयोग किए जाने वाले कंक्रीट पर ध्यान केंद्रित किया, एक विषय जिसे हमने आगे “घर का मालिक बनना अब उत्तरी अमेरिका में पहले से अधिक कठिन है – क्या 3D प्रिंटिंग इसे बदल सकती है?” में विस्तृत रूप से कवर किया था।

ग्रैफ़ीन‑सुधारित LC2 कंक्रीट पारंपरिक प्रिंटेबल कंक्रीट मिश्रणों की तुलना में लगभग 31 % ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम कर सकता है। यह इसलिए है क्योंकि स्टील के बजाय, जो उत्पादन में बड़ी मात्रा में कार्बन उत्सर्जित करता है, उन्होंने ग्रैफ़ीन (शुद्ध कार्बन) का उपयोग किया। इसलिए कम से कम सुदृढ़ीकरण भाग के लिए यह नया कंक्रीट कार्बन को उत्सर्जित करने के बजाय पकड़ता है।

फिर भी, सीमेंट भाग वही कार्बन‑गहन प्रक्रिया है, लेकिन यह एक अच्छा प्रारम्भिक कदम है।

और क्योंकि ग्रैफ़ीन बहुत अधिक स्थिर है और जंग नहीं लगती, इस प्रकार का कंक्रीट “कंक्रीट कैंसर” से सुरक्षित होना चाहिए। यदि resulting building lasts a lot longer, it will mean a lot less emissions over the long term. (यह वाक्य मूल में अंग्रेज़ी में था; इसे हिंदी में अनुवादित किया गया है: यदि resulting building lasts a lot longer, it will mean a lot less emissions over the long term.)

हेम्प रीबार

ग्रैफ़ीन जैसी उन्नत सामग्री ही एकमात्र विकल्प नहीं हो सकतीं। यह अच्छा है क्योंकि ग्रैफ़ीन अभी काफी महंगा है, जिससे इन उच्च‑प्रदर्शन, कम‑उत्सर्जन कंक्रीट के व्यावसायीकरण में बाधा आ सकती है।

हेम्प (कैनाबिस पौधों की गैर‑साइकोएक्टिव प्रजाति) का निर्माण सामग्री में उपयोग धीरे‑धीरे बढ़ रहा है। उचित रूप से प्रसंस्कृत होने पर इसे इन्सुलेशन सामग्री, छोटे भवनों के लिए हेम्प ब्लॉक्स, और यहाँ तक कि हेम्पक्रेट (हेम्प+कंक्रीट) में बदला जा सकता है।

स्रोत: 2050 Materials

इसे कंक्रीट के लिए रीबार के रूप में भी आकार दिया जा सकता है, जैसे नैचुरल फाइबर‑रिइन्फोर्स्ड थर्मोप्लास्टिक (NFRT) कंपोजिट रीबार, या हेम्प रीबार, जिसमें हेम्प‑आधारित रस्सी को थर्मोप्लास्टिक स्लीव के साथ मिलाया जाता है।

स्रोत: CASE

हेम्प एक पौधा फाइबर है, इसलिए यह कार्बन‑निगेटिव है, वायुमंडलीय कार्बन को लॉक करता है। साथ ही हेम्प बहुत मजबूत और गैर‑ज्वलनशील है।

स्व‑सुधार कंक्रीट

सभी कंक्रीट केवल कुछ दशकों तक नहीं टिकता। कुछ प्रकार के कंक्रीट वास्तव में रोमन साम्राज्य से ही हजारों सालों तक टिके रहे हैं। उदाहरण के लिए, प्रसिद्ध पैंथियन विश्व का सबसे बड़ा बिना सुदृढ़ीकरण वाला कंक्रीट गुम्बद है और यह 128 ईस्वी में बनाया गया था।

पहला मुख्य बिंदु यह है कि ऐसी कंक्रीट संरचनाओं ने कोई रीबार उपयोग नहीं किया। वे विशेष सामग्री, जैसे ज्वालामुखीय चट्टान और राख, के साथ बनाई गई थीं, जो कंक्रीट को कुछ हद तक स्व‑मरम्मत योग्य बनाती थीं ।

इसलिए जबकि यह पूरी तरह स्केलेबल नहीं हो सकता, क्योंकि ज्वालामुखीय चट्टान रेत जितनी प्रचुर नहीं है, यह उन कई निर्माणों के लिए विकल्प हो सकता है जिन्हें वास्तव में रीबार की आवश्यकता नहीं है और पुनर्निर्माण की संभावना कम है।

हीटिंग कंक्रीट

जंग के अलावा, एक और कारक जो कंक्रीट इमारतों को नुकसान पहुँचा सकता है, वह सर्दियों में जमाव‑पिघलाव चक्र है। प्रत्येक बार जब पानी बर्फ में बदलता है, तो वह विस्तार करता है, जिससे कंक्रीट के छोटे‑छोटे टुकड़े टूटते हैं या दरारें पड़ती हैं। समय के साथ यह अधिक गंभीर क्षति में बदल सकता है।

“स्व‑हीटिंग कंक्रीट हमारे सड़कों, जलभरणी और बटुए की मदद कर सकता है” में हमने देखा कि कैसे कम‑तापमान चरण‑परिवर्तन सामग्री (PCM) को पैराफिन के माइक्रो‑कैप्सूल में समाहित किया जा सकता है और सीधे कंक्रीट में मिलाया जा सकता है।

यह 0 °C के आसपास के तापमान में कंक्रीट को बर्फ‑मुक्त रखने और सर्दियों में सड़क रख‑रखाव की जरूरत को कम करने में मदद कर सकता है।

कार्बन‑मुक्त सीमेंट

सीमेंट के कार्बन उत्सर्जन लगभग कारों जितने ही अधिक हैं, इसलिए संबंधित कार्बन उत्सर्जन को कम या पूरी तरह हटाने के लिए एक महत्वपूर्ण सुधार आवश्यक है, जो कहा तो आसान है लेकिन करना कठिन।

ग्रीन एनर्जी

चूँकि सीमेंट उत्पादन को बहुत अधिक गर्मी की आवश्यकता होती है, हमें जीवाश्म‑आधारित किल्न और कैल्सिनरों के विकल्प के रूप में विद्युत या थर्मल‑आधारित विकल्पों का विकास देखना होगा।

यह आवश्यक रूप से बहुत जटिल तकनीकी कार्य नहीं है, लेकिन पूरे उद्योग को अपना उपकरण बदलने और इस नई तकनीक को अपनाने में समय लगेगा।

इसके अलावा, जीवाश्म‑ईंधन‑आधारित औद्योगिक प्रक्रियाओं के विद्युत विकल्प उतने ही हरे होते हैं जितनी उनकी उपयोग की जाने वाली बिजली। इसलिए कार्बन‑मुक्त बिजली की स्थिर आपूर्ति भी आवश्यक है।

चूना पत्थर‑संबंधित उत्सर्जन

सीमेंट उत्पादन से कार्बन उत्सर्जन हटाने में एक बड़ी समस्या यह है कि सभी उत्सर्जन ऊर्जा खपत से नहीं आते। यदि ऐसा होता, तो केवल हरी बिजली का उपयोग करके चूना पत्थर को सीमेंट में गर्म करना पर्याप्त होता।

लेकिन चूना पत्थर स्वयं, जो सीमेंट की मूल कच्ची सामग्री है, CO2 का उत्सर्जक है, जैसा कि इस सूत्र (Δ=heat) से पता चलता है: CaCO3 + Δ → CaO + CO2, जिसे कैल्सिनेशन कहा जाता है।

परंतु कुछ विकल्प मौजूद हैं:

• चूना पत्थर को बदलना : कैल्शियम सिलिकेट का उपयोग करके, कैल्शियम कार्बोनेट (चूना पत्थर) के बजाय, ब्रिमस्टोन कंपनी कार्बन‑मुक्त सीमेंट बनाने का प्रस्ताव रखती है।
  • कैल्शियम सिलिकेट एक बहुत प्रचुर खनिज है, इसलिए यह मुख्यतः तकनीक विकसित करने और इसे व्यावसायिक रूप से प्रतिस्पर्धी बनाने का प्रश्न है।
• कार्बन कैप्चर : वर्तमान में अधिकांश सीमेंट‑उत्पादन सुविधाएँ जीवाश्म‑ईंधन‑आधारित कैल्सिनर और चूना पत्थर का उपयोग करती हैं, इसलिए उत्सर्जन को पूरी तरह रोकने की तुलना में उन्हें पकड़ना आसान हो सकता है।
  • नॉर्वे में इस तरह का सीमेंट उत्पादन करने वाला पहला पायलट प्लांट पहले से ही संचालन में है और इसे एक मॉडल के रूप में अपनाया जा सकता है।

सस्टेनेबल सीमेंट कंपनी

विश्व के प्रमुख सीमेंट उत्पादनकर्ताओं में से एक, CRH, सीमेंट निर्माण को अधिक स्थायी उद्योग बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। यह संयुक्त राज्य और यूरोपीय बाजारों दोनों में कुल निर्माण सामग्री की मात्रा में #1 है।

यह कंपनी 28 देशों और 3,390 स्थानों में सक्रिय है, 78,500 कर्मचारियों को रोजगार देती है, और CRH Americas ने 2023 की अपनी वैश्विक बिक्री का 65 % हिस्सा बनाया है।

कंपनी उम्मीद करती है कि पश्चिमी सरकारों द्वारा बुनियादी ढांचे में मजबूत खर्च उसके व्यवसाय को बढ़ाने में मदद करेगा। पुनः‑उद्योगीकरण और हाई‑टेक विनिर्माण को शोरिंग करने की प्रवृत्तियाँ भी सहायक होंगी।

स्थिरता

CRH ने स्थिरता के क्षेत्र में कई पहल के साथ गंभीर प्रगति की है:

• यह उत्तर अमेरिका में #1 सबसे बड़ा रीसाइकलर है, 2023 में 43.9 मिलियन टन अपशिष्ट और अन्य उद्योगों के उप‑उत्पादों को पुनः उपयोग किया।
• इसने 2023 में अपने CO2 उत्सर्जन को 8 % कम किया, क्योंकि अपने सीमेंट प्लांटों में 36 % वैकल्पिक ईंधन का उपयोग किया।
• यह 2030 तक (2021 के उत्सर्जन की तुलना में) उत्सर्जन को 30 % कम करने का लक्ष्य रखता है।

यह स्वयं में सराहनीय है, लेकिन इसे बहुत देर, बहुत कम माना जा सकता है।

सौभाग्य से, CRH उद्योग में अधिक मूलभूत बदलावों का भी प्रेरक है। विशेष रूप से, इसने यूरोपीय कंक्रीट दिग्गज Holcim के साथ मिलकर लो‑कार्बन सीमेंट कंपनी Sublime में $75 M निवेश किया है।

Sublime Systems 2020 में MIT से स्पिन‑आउट हुआ, जो इलेक्ट्रोलाइज़र का उपयोग करके कम तापमान पर सीमेंट बनाता है, जिससे ऊर्जा‑गहन और जीवाश्म‑ईंधन‑आधारित किल्न की जगह ली जा सके। यह कैल्शियम स्रोतों को इनपुट सामग्री के रूप में उपयोग करने में भी सक्षम है, जिससे चूना पत्थर इनपुट से CO2 रिलीज़ से बचा जा सके।

Sublime का पहला‑व्यावसायिक सुविधा Holyoke में 2026 तक खुलने की उम्मीद है। यदि सफल सिद्ध हुआ, तो यह सीमेंट उद्योग के लिए वास्तविक गेम‑चेंजर हो सकता है और स्केलेबल लो‑एमिशन कंक्रीट का मार्ग खोल सकता है।

“Sublime सीमेंट निर्माण में एक विघटनकारी शक्ति है। इसकी अनूठी तकनीक पूरे उत्पादन प्रक्रिया को कवर करती है, स्वच्छ बिजली से लेकर कार्बन‑मुक्त कच्चे माल तक। हम इसकी संभावनाओं को लेकर उत्साहित हैं और इसे बड़े पैमाने पर बाजार में लाने के लिए साझेदारी करने पर प्रसन्न हैं। यह निवेश Holcim की निर्माण के डिकार्बोनाइज़ेशन को तेज़ करने की रणनीति के साथ पूरी तरह मेल खाता है।”
Officer Nollaig Forrest - Holcim’s Chief Sustainability

CRH ने अन्य डिकार्बोनाइज़ेशन और स्थिरता स्टार्ट‑अप्स में भी निवेश किया है:

• €23.7 million Cool Planet Technologies में, जो पारंपरिक रूप से डिकार्बोनाइज़ करने में कठिन उद्योगों के लिए कार्बन कैप्चर समाधान विकसित कर रहा है।
• $34.7 M CRH और अन्य निवेशकों द्वारा Carbon Upcycling Technologies में, जो एक पूरी‑विद्युत खनिजीकरण समाधान का उपयोग करके CO2 को औद्योगिक उप‑उत्पादों और खनिजों, जैसे सीमेंट, प्लास्टिक, उपभोक्ता उत्पाद, उर्वरक और फार्मास्यूटिकल्स में स्थायी रूप से संग्रहीत करता है।
• AICrete, एक ‘रेसिपी‑एज़‑ए‑सर्विस’ प्लेटफ़ॉर्म है जो स्थानीय कंक्रीट निर्माताओं के साथ काम करता है, स्थानीय सामग्री को अनुकूलित करता है और AI विश्लेषण के माध्यम से उपयोग किए जाने वाले सीमेंट की मात्रा को कम करता है, जिससे CO2 फुटप्रिंट और कंक्रीट उत्पादन लागत दोनों घटते हैं।
• FIDO AI की Series B फंडिंग एक स्टार्ट‑अप है जो AI का उपयोग करके जल खपत को कम करता है और जल बचत बढ़ाता है।

समग्र रूप से, CRH कंक्रीट उद्योग में एक लाभदायक नेता है, और उद्योग के डिकार्बोनाइज़ेशन के लिए बहुत सक्रिय रूप से तैयारी कर रहा है, चाहे वह मौजूदा सुविधाओं में सीधे हो या नवाचारपूर्ण स्टार्ट‑अप्स को पूंजी प्रदान करके, जो अगली पीढ़ी के सीमेंट और कंक्रीट उत्पादन तकनीक बना रहे हैं।