Ang Kongkreto Noon, Ngayon, at Patuloy na Maging Isang Kritikal na Materyal na Estruktural – Paano Natin Maaaring Lampasan ang mga Kakulangan Nito?

Mga Limitasyon ng Kongkreto

Ang kongkreto ay naging pangunahing materyal sa konstruksyon sa nakaraang ilang dekada, lalo na sa masisiksik na urbanong kapaligiran. Unti‑unti nitong napalitan ang mga ladrilyo, bato, at kahoy, dahil sa mababang gastos, madaling paggamit, at kakayahang iskalang malaki.

Ngunit hindi ito walang mga isyu.

Pagpapanatili

Una, ito ay malayo sa pagiging isang napapanatiling produkto pagdating sa mga ginugol na mapagkukunan. Kumokonsumo ito ng napakalaking dami ng buhangin, hanggang sa nasabing naubos na ang buhangin sa mundo.

Pinagmulan: Visual Capitalist

Ang paggawa ng semento ay isa ring napaka‑enerhiya‑intensibong gawain. Halos eksklusibong pinapagana ito ng mga fossil fuel, na nagreresulta sa na responsable ang produksyon ng semento sa 8% ng CO2 emissions ng mundo.

Maikukumpara ito sa CO2 emissions ng mga sasakyan at van, na responsable sa 10% ng kabuuang emissions ng mundo. Kaya, ang paggawa ng kongkreto na mas napapanatili ay magiging kasing‑epektibo ng pagpalit ng lahat ng sasakyan sa mundo sa mga EV at pagpayl ng mga ito gamit lamang ang berdeng enerhiya.

Katatagan

Kung ang mga gusaling kongkreto ay tumatagal ng mga siglo, maituturing natin na ang konsumo ng buhangin at CO2 emissions ay isang beses na lang na gawain, dahil tatagal ang estruktura nang matagal.

Ngunit ito ay malayo sa katotohanan. Ang mga reinforced concrete na gusali, na bumubuo ng karamihan ng mga itinayo ngayon, ay may average na buhay na 50‑100 taon lamang. Kailangan na silang sirain nang buo, alisin at ilibing ang mga labi, at muling itayo mula sa simula.

Mga Bagong Teknolohiya sa Kongkreto

Ang pinagsamang mataas na gastusin sa kapaligiran at kakulangan sa katatagan ay nangangahulugang kailangang pagbutihin ang kongkreto. Siyempre, maaari nating teoriyang balikan ang paggamit lamang ng bato, luwad, at kahoy bilang pangunahing materyales sa konstruksyon. Gayunpaman, ang praktikalidad at mababang gastos ng kongkreto ay nagpapahirap na alisin ito mula sa posisyon nito bilang paboritong materyales ng mga arkitekto.

Pag-aalis ng Bakal

Ang pangunahing salarin sa mababang katatagan ng modernong kongkreto ay ang bakal na rebar (reinforcing bar) na inilalagay dito. Ang bakal na rebar ay nagbibigay ng mahalagang structural na kalamangan, sa pamamagitan ng radikal na pagpapabuti ng tensile strength ng kongkreto (ang kakayahang tumagal sa paghila o pag‑uunat).

Ang problema ay ang bakal, na karamihan ay gawa sa bakal (iron), ay nalulubog sa kalawang. Kapag kumakalawang, ito ay lumalawak, na nagdudulot ng pag‑crack ng kongkreto sa paligid nito. Kadalasang tinatawag itong concrete cancer, at ito ang dahilan kung bakit ang reinforced concrete ay tumatagal lamang ng ganoon kadali.

Pinagmulan: USNW Sydney

Kongkretong may Graphene

Habang lumilikha tayo ng mga bagong materyales, maaaring ilapat ang mga bagong solusyon sa kongkreto. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng graphene sa kongkreto, isang natatanging 2D na materyal, nagawang pataasin ng mga mananaliksik sa University of Virginia ang pagganap ng kongkreto, habang pinapabuti ang katatagan nito at binabawasan ang carbon emissions.

Ipinubliko ito sa Journal of Building Engineering sa pamagat na “Rheological, mechanical, and environmental performance of printable graphene-enhanced cementitious composites with limestone and calcined clay.”

Nakatuon sila sa kongkreto na ginagamit sa mga 3D printing na pamamaraan, isang paksa na tinalakay namin nang mas detalyado sa “Home Ownership is More Prohibitive than Ever Before in North America – Can 3D Printing Change This?”.

Ang graphene‑enhanced LC2 na kongkreto ay maaaring magbawas ng greenhouse gas emissions ng humigit‑kumulang 31% kumpara sa tradisyunal na printable na halo ng kongkreto. Ito ay dahil sa halip na bakal, na malaking tagapag‑emisyon ng carbon kapag ginawa, ay gumamit sila ng graphene, na gawa sa purong carbon. Kaya para sa bahagi ng reinforcement, ang bagong kongkretong ito ay sumasalo ng carbon sa halip na mag‑emisyon nito.

Gayunpaman, ang bahagi ng semento ay pareho pa rin na carbon‑intensive na proseso, ngunit ito ay isang magandang panimulang hakbang.

At dahil ang graphene ay mas matatag at hindi nag‑oxidize (kumakalawang), ang ganitong uri ng kongkreto ay dapat ligtas mula sa concrete cancer. Kung ang nagawang gusali ay tatagal nang mas matagal, magreresulta ito sa mas kaunting emissions sa mahabang panahon.

Hemp Rebar

Maaaring hindi lamang graphene ang tanging opsyon sa mga advanced na materyales. Maganda ito dahil ang graphene ay, sa ngayon, medyo mahal, na maaaring makahadlang sa komersyalisasyon ng mga mataas na performance at mababang emissions na kongkreto.

Ang hemp (ang hindi-psychoactive na uri ng cannabis plant) ay dumarami ang paggamit sa mga materyales sa konstruksyon. Kapag maayos na naproseso, maaari itong gawing materyal na insulasyon, mga hemp block para sa maliliit na gusali, at kahit hemcrete (hemp+concrete).

Pinagmulan: 2050 Materials

Maaari rin itong hubugin bilang rebar para sa kongkreto sa anyo ng Natural Fiber‑Reinforced Thermoplastic (NFRT) composite rebar, o hemp rebar, na pinaghalo ang hemp‑based rope sa thermoplastic sleeve.

Pinagmulan: CASE

Dahil ang hemp ay hibla ng halaman, ito ay carbon‑negative, na nagluluklok ng carbon mula sa atmospera. At ang hemp ay napaka‑resistente at hindi nasusunog.

Kongkretong Nagpapagaling sa Sarili

Hindi lahat ng kongkreto ay tumatagal lamang ng ilang dekada. Ang ilang anyo ng kongkreto ay talagang matibay na tumatagal ng libu‑libong taon, mula pa noong Imperyong Romano. Halimbawa, ang sikat na Pantheon ay ang pinakamalaking un‑reinforced na dome ng kongkreto sa mundo at itinayo noong 128 AD.

Ang pangunahing susi ay ang mga ganitong estruktura ng kongkreto ay hindi gumamit ng rebar. Ginawa rin ito gamit ang mga espesyal na materyales, tulad ng mga bulkanikong bato at abo, na nagbigay sa kongkreto ng bahagyang kakayahang mag‑self‑repair.

Kaya bagaman maaaring hindi ito ganap na scalable, dahil ang bulkanikong bato ay hindi kasing sagana ng buhangin, maaari itong maging opsyon para sa maraming konstruksyon na hindi talaga kailangan ng rebar at hindi inaasahang muling itayo.

Pagpapainit ng Kongkreto

Bukod sa corrosion, isa pang salik na maaaring makasira sa mga gusaling kongkreto ay ang siklo ng pagyeyelo‑pagkatunaw tuwing taglamig. Sa bawat pagyeyelo, lumalawak ang tubig at nagiging yelo, na nagdudulot ng maliliit na piraso ng kongkreto o mga bitak. Sa paglipas ng panahon, maaaring lumala ito.

Sa “Self-Heating Concrete Could Help our Roads, Aquifers, and Wallets”, sinuri namin kung paano maaaring isama ang low‑temperature phase change material (PCM) sa mga micro‑capsule ng paraffin at direktang ihalo sa kongkreto.

Makakatulong ito upang mapanatiling walang frost ang kongkreto sa mga temperatura na humigit‑kumulang 0°C at mabawasan ang pangangailangan sa pagpapanatili ng mga kalsada tuwing taglamig.

Sementong Walang Carbon

Dahil halos kasing taas ng carbon emissions ng semento tulad ng mga sasakyan, kinakailangan ng mahalagang pagpapabuti upang mabawasan o ganap na alisin ang kaugnay na carbon emissions, na mas madali sabihin kaysa gawin.

Berde na Enerhiya

Dahil nangangailangan ang paggawa ng semento ng maraming init, kailangan nating makita ang pag-unlad ng mga elektrikal o thermal‑based na alternatibo sa mga fossil‑based na kiln at calciners.

Hindi ito kinakailangang napaka‑komplikadong teknikal na gawain, ngunit ang pag‑see ng buong industriya na baguhin ang kanilang kagamitan at yakapin ang bagong teknolohiyang ito ay aabutin ng panahon.

Bukod dito, ang mga elektrikal na alternatibo sa mga industriyal na proseso na batay sa fossil fuel ay kasing berde lamang ng elektrisidad na kanilang ginagamit. Kaya’t kinakailangan din ang patuloy na suplay ng carbon‑free na kuryente.

Mga Emisyon na Kaugnay ng Limestone

Isang malaking isyu sa pag‑alis ng carbon emissions mula sa paggawa ng semento ay hindi lahat ng emissions ay nagmumula sa enerhiyang kinokonsumo. Kung ganun, sapat na ang paggamit ng berdeng kuryente upang painitin ang limestone tungo sa semento.

Ngunit ang limestone mismo, ang pangunahing hilaw na materyal para sa semento, ay naglalabas ng CO2, alinsunod sa pormulang ito (na may Δ=init): CaCO3 + Δ → CaO + CO2 sa prosesong tinatawag na calcination.

• Pagpapalit ng limestone: sa pamamagitan ng paggamit ng calcium silicate, sa halip na calcium carbonate (limestone), nagmumungkahi ang kumpanyang Brimstone na lumikha ng carbon‑free na semento.
  • Dahil ang calcium silicate ay napakalawak na mineral, ito ay higit na tanong ng pag‑develop ng teknolohiya at paggawa nitong kompetitibo sa komersyo.
• Carbon capture: sa kasalukuyan, karamihan ng mga pasilidad na gumagawa ng semento ay gumagamit ng fossil fuel‑based na calciners at limestone, maaaring mas madali ang pag‑capture ng emissions kaysa iwasan ang mga ito.
  • Isang unang pilot plant na gumagawa ng semento sa ganitong paraan ay operasyonal na sa Norway at maaaring magsilbing modelo.

Kumpanya ng Napapanatiling Semento

Bilang isa sa mga nangungunang kumpanya sa paggawa ng semento sa mundo, magiging mahalaga ang CRH sa pagpapalit ng konstruksyon ng semento tungo sa mas napapanatiling industriya. Ito ang #1 sa kabuuang dami ng materyales sa konstruksyon na ibinibigay sa parehong pamilihan ng US at Europa.

Ang kumpanya ay aktibo sa 28 bansa at 3,390 lokasyon, na may 78,500 empleyado, kung saan ang CRH Americas ay bumubuo ng 65% ng global na benta nito noong 2023.

Inaasahan ng kumpanya na ang matatag na paggastos ng mga pamahalaang Kanluranin sa imprastruktura ay makakatulong sa paglago ng kanilang negosyo. Ang mga trend ng re‑industrialization at on‑shoring ng high‑tech na pagmamanupaktura ay dapat ding makatulong.

Pagpapanatili

Ang CRH ay gumawa ng seryosong pag‑unlad sa pagpapanatili sa pamamagitan ng serye ng mga inisyatibo:

• Ito ang #1 pinakamalaking recycler sa Hilagang Amerika, na may 43.9 milyong tonelada ng basura at by‑products mula sa ibang industriya na nire-recycle noong 2023.
• Na‑bawas nito ang CO2 emissions ng 8% noong 2023, salamat sa paggamit ng 36% na alternatibong fuel sa mga planta ng semento nito.
• Naglalayon itong bawasan ang emissions ng 30% pagsapit ng 2030 (kumpara sa emissions ng 2021).

Kahanga-hanga ito mismo ngunit maaaring ituring na kulang na at huli na.

Sa kabutihang palad, ang CRH ay isa ring tagapag‑pasimula ng mas pundamental na pagbabago sa industriya. Kapansin‑panuri, nag‑invest ito ng $75M sa low‑carbon cement company na Sublime, kasama ang European concrete giant na Holcim.

Sublime Systems ay inilunsad mula sa MIT noong 2020 upang gumamit ng electrolyzer sa paggawa ng semento sa ambient na temperatura, kapalit ng mga energy‑ at fossil‑fuel‑intensive na kiln. Pinapayagan din nito ang paggamit ng mga calcium source bilang input material, na iniiwasan ang paglabas ng CO2 mula sa limestone input.

Ang unang komersyal na pasilidad ng Sublime sa Holyoke, ay inaasahang magbubukas sa lalong madaling 2026. Kung mapatunayan na matagumpay, maaari itong maging tunay na game changer para sa industriya ng semento at magbubukas ng daan sa scalable na low‑emission na kongkreto.

“Ang Sublime ay isang mapanghimasok na puwersa sa paggawa ng semento. Ang natatanging teknolohiya nito ay sumasaklaw sa buong proseso ng produksyon, mula sa paggamit ng malinis na kuryente hanggang sa carbon‑free na hilaw na materyales. Nasasabik kami sa potensyal nito at natutuwa kaming makipagtulungan upang dalhin ito sa merkado sa malakihang sukat. Ang pamumuhunang ito ay ganap na alinsunod sa estratehiya ng Holcim na pabilisin ang decarbonization ng konstruksyon sa pamamagitan ng pag‑scale up ng pinaka‑inobatibong teknolohiya.”

Officer Nollaig Forrest – Holcim’s Chief Sustainability

Nag‑invest din ang CRH sa iba pang mga startup na nag‑tataguyod ng decarbonization at sustainability:

• €23.7 milyon sa Cool Planet Technologies, na nagde‑develop ng mga solusyon sa carbon capture para sa mga industriya na tradisyonal na mahirap i‑decarbonize.
• $34.7M mula sa CRH at iba pang mamumuhunan sa Carbon Upcycling Technologies, na gumagamit ng all‑electric mineralization solution upang permanenteng i‑store ang CO2 sa mga industrial by‑products at mineral, tulad ng semento, plastik, consumer products, pataba, at pharmaceutical.
• AICrete, isang platform na ‘recipe‑as‑a‑service’ na nakikipagtulungan sa mga lokal na producer ng kongkreto, nag‑o‑optimize ng lokal na materyales at nagbabawas ng dami ng semento gamit ang AI analyses, na nagpapababa ng parehong CO2 footprint at gastos ng produksyon ng kongkreto.
• Ang Series B funding ng FIDO AI ay isang startup na gumagamit ng AI upang bawasan ang konsumo ng tubig at dagdagan ang pagtitipid ng tubig.

Sa pangkalahatan, ang CRH ay isang kumikitang lider sa industriya ng kongkreto, at aktibong naghahanda para sa decarbonization ng industriya, kapwa direkta sa mga umiiral na pasilidad at bilang pangunahing tagapag‑bigay ng kapital sa mga inobatibong startup na lumilikha ng susunod na henerasyon ng teknolohiya sa paggawa ng semento at kongkreto.