Daha Fazla CO₂ Emmesi İçin 3D Baskı Beton Tasarımı

Betonun Çevresel Sınırları: Kum Kullanımı ve CO₂ Emisyonları

Beton, özellikle yoğun kentsel bölgelerde, son birkaç on yılda inşaatın başlıca malzemesi hâline geldi. Düşük maliyeti, kullanım kolaylığı ve ölçeklenebilirliği sayesinde tuğla, taş ve ahşabın yerini giderek aldı.

Ancak betonun sorunları da var.

Öncelikle, kaynak tüketimi bakımından sürdürülebilir bir ürün olmaktan çok uzak. Çok büyük miktarlarda kum kullanıyor; öyle ki haberlerde dünyanın “kumunun tükenmekte olduğu” öne sürülüyor.

Kaynak: Visual Capitalist

Çimento üretimi de enerji yoğun bir faaliyet. Neredeyse tamamen fosil yakıtlarla gerçekleştiriliyor; bunun sonucunda çimento üretimi, dünyadaki CO₂ emisyonlarının %8’inden sorumlu oluyor.

Bu oran, küresel emisyonların %10’undan sorumlu olan otomobil ve kamyonetlerin yol açtığı emisyonlarla karşılaştırılabilir. Dolayısıyla betonu daha sürdürülebilir hâle getirmek, dünyadaki tüm otomobilleri elektrikli araçlara dönüştürüp yalnızca yeşil enerjiyle çalıştırmak kadar etkili olabilir.

Bununla birlikte, bu emisyonların bir kısmı karbonatlaşma adı verilen ve çimentolu malzemelerin atmosferden CO₂ emdiği bir süreçle de dengelenebilir.

ETH Zürih (İsviçre), Bath Üniversitesi (Birleşik Krallık) ve Manchester Üniversitesi’nden (Birleşik Krallık) araştırmacıların yürüttüğü yeni bir çalışma, 3D baskı betonun karbon ayak izinin, daha hızlı karbonatlaşma sayesinde sıradan betona kıyasla daha düşük olup olamayacağını inceliyor. Araştırmacılar, Tor Alva’da değerlendirilen baskı betonun karbonatlaşma yoluyla 50 yılda başlangıçtaki karbon ayak izinin yaklaşık %21’ini dengeleyebileceğini tahmin etti.

Bulgularını Cement and Concrete Research dergisinde¹, “(Yeniden) Karbonatlaşma: Sürdürülebilir 3D baskı beton için yeni bir fırsat” başlığıyla yayımladılar.

Beton ve CO₂

Betonun küresel karbon emisyonlarında önemli bir paya sahip olmasının başlıca nedeni, kireç taşının (CaCO₃) kalsinasyonudur. Kireç taşı bu süreçte CO₂’ye ve kalsiyum okside/sönmemiş kirece (CaO) ayrışır. Sönmemiş kireç daha sonra kil ya da şeylden gelen silika (SiO₂), alümina (Al₂O₃) ve demir oksitle (Fe₂O₃) hemen birleşerek nihai çimentoyu oluşturur.

“Bu emisyonların büyük bölümü (genellikle %60 [2]), fırında gerçekleşen klinkerleşme sürecinden önce kireç taşının (CaCO₃) kalsinasyonla CO₂’ye ve kalsiyum okside (CaO) ayrışmasından kaynaklanır. Çimentonun CO₂ emisyonlarının geri kalanı ise çoğunlukla ısıl enerji için gereken fosil yakıtlarla ilişkilidir.”

Çimento beton yapılarda kullanıldıktan sonra gerçekleşen bir sonraki aşama, bu karbon emisyonlarını bir ölçüde dengeleyebilir.

Sertleşmiş çimento hamurundaki kalsiyum içeren hidratasyon ürünleri, havadaki CO₂ ile yavaşça tepkimeye girerek kalsiyum karbonatlar oluşturur ve böylece CO₂’yi tutar.

“Sürdürülebilirlik açısından, CO₂’yi bağlayan bu aynı tepkimeye (yeniden) karbonatlaşma denebilir. Bu miktar, çimento üretimiyle ilişkili CO₂ emisyonlarının yaklaşık %43’üne karşılık gelir.”

Ancak karbonatlaşma sürecinin sakıncaları da var. Betonun gözenek çözeltisinin alkaliliğini azaltıyor; bu da çelik donatının üzerindeki pasifleşme filmini kararsız hâle getirebiliyor. Bunun sonucunda çelik korozyona uğrayabiliyor ve sıradan betonarme yapıların hizmet ömrü kısalabiliyor.

Bu durum, düşük karbonlu betonlar için ciddi bir sorun olabilir; çünkü bu betonlar sıradan Portland betonuna kıyasla daha hızlı karbonatlaşma eğilimindedir.

3D Baskı Beton

Gerçek Bir Örnek Üzerinden

Betonla dijital üretim kullanan yeni inşaat yöntemleri arasında 3D baskı beton, en yaygın ve gelecek vadeden teknolojidir.

Bu tekniğin gerçek karbon ayak izini değerlendirmek için çalışmanın yazarları, dinamik Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA) yapmaya yönelik bir yöntem geliştirdi. Gerçek yaşam örneği olarak İsviçre Alpleri’ndeki Mulegns köyünde bulunan 3D baskı “Tor Alva” kulesini ele aldılar; incelemelerini 3D baskı dallanan sütunlara ve kubbeye odakladılar.

Kaynak: Çimento ve Beton Araştırmaları

Önce karbonatlaşmayı üç farklı yöntemle ölçtüler. Yöntemlerden biri hızlandırılmış deneydi (karbonatlaşma odası %4 CO₂, %67 bağıl nem ve 20 °C’de tutuldu); diğer ikisi ise doğal karbonatlaşma sonuçlarını kullandı: karbonatlaşma derinliğinin doğrudan ölçülmesi ve termogravimetrik analiz yoluyla karbonatların/CO₂’nin miktarının belirlenmesi.

Gerçek Karbonatlaşma Hızının Belirlenmesi

Araştırmacılar, gözlemledikleri karbonatlaşmanın etkisini öngörürken 50 yıllık bir zaman aralığını esas aldı. Ayrıca 3D baskı beton yapının sonuçlarını, benzer bir dış geometriye sahip ve benzer çimento bileşimiyle üretilmiş yerinde dökme bir yapının sonuçlarıyla karşılaştırdılar.

Betonun karbonatlaştığı bölgede mevcut malzemenin tamamının tepkimeye girdiğini ve CO₂ emdiğini buldular.

“Karbonatlaşmış bölgede, bağlı CO2 miktarı, hidratlanmış bağlayıcının her 100 gramı başına 44,16 ile 51 g CO2 arasında değişiyor. İkinci değer, mevcut kalsiyum silikat hidratın tamamını kalsiyumundan arındırmaya yetecek miktarda CO2 bulunduğu anlamına geliyor.”

Kaynak: Çimento ve Beton Araştırmaları

Sonraki soru, 3B baskılı betonun kullanım ömrü boyunca ne kadarının gerçekten karbon tutacağını belirlemekti. Hızlandırılmış testlerle karbonatlaşma sürecinin ne kadar ilerlediğini inceleyen araştırmacılar, 50 yıl içinde kulede kullanılan baskılı harcın yüzde 86’sının karbonatlaşacağını ve toplamda 32 m3 baskılı karbonatlaşmış beton elde edileceğini belirledi.

Kaynak: Çimento ve Beton Araştırmaları

Bu sonuçlar doğal karbonatlaşma ölçümleriyle karşılaştırıldığında, karbonatlaşma derinliğinin doğrudan ölçümü benzer bir sonuç verdi (yüzde 89). Yöntemler karbonatlaşmanın kapsamına ilişkin farklı tahminler ortaya koydu; ancak bu yüzdeler toplam CO₂ alımını doğrudan ölçmüyor. Araştırmacılar, pH göstergelerinin malzemenin rengi değişmeden önce gerçekleşen önemli miktardaki CO₂ emilimini gözden kaçırabileceğini belirtiyor. Termogravimetrik analiz, CO₂ alımını doğrudan ölçüyor ve baskılı betonun karbon ayak izinde yüzde 21’lik bir azalma olduğunu ortaya koyuyor; doğal karbonatlaşmaya dayalı pH ölçümlerinde ise bu oran yüzde 14.

Kaynak: Çimento ve Beton Araştırmaları

Yerinde dökme yapıyla karşılaştırıldığında Tor Alva’nın karbon ayak izi daha düşük; bunun nedeni yüzde 25 daha az beton kullanılması ve daha iyi karbonatlaşma sağlaması.

“Çimento esaslı malzeme miktarı yüzde 25 daha az olmasına rağmen, 3DPC yapı yerinde dökme referans yapıya kıyasla 2,5 kat daha fazla CO2 bağlayabiliyor (baskılı yapıda 4,6 tCO2, dökme yapıda ise 1,9 tCO2).”

Karbon Tutma Kapasitesini Artırma

Bu çalışma, hızlı karbonatlaşmanın betonun daha fazla karbon tutmasını sağlayarak bir binanın yaşam döngüsü boyunca ortaya çıkan toplam karbon salımını büyük ölçüde azaltabileceğini gösteriyor. Bu durum, özellikle çelik donatı içermeyen beton yapılar ve daha hızlı karbonatlaşma sayesinde 3B baskılı beton için geçerli.

Ayrıca, incelenen örnekteki (İsviçre Alpleri) gibi donma-çözülme döngülerinin, nem ve CO2 hareketini belirleyen hem sınır koşullarını hem de iç taşınım özelliklerini etkilemiş olabileceği unutulmamalı.

Kaynak: Çimento ve Beton Araştırmaları

Uygulamada bu, daha sıcak iklimlerdeki 3B baskılı betonun daha etkili bir karbon yutağı olabileceği anlamına gelebilir; ancak bunun kanıtlanması için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.

“Gözeneklerdeki suyun donması, gözenek ağını kısmen tıkayarak etkili taşınımı azaltabilir ve karbonatlaşmayı yavaşlatabilir. Bu sonuçlar, kısmi gözenek tıkanması, nem durumundaki değişiklikler ya da her ikisinin bir arada görülmesi yoluyla ortaya çıksın, düşük sıcaklık etkilerinin bu tür çevre koşullarında karbonatlaşma açıklanırken dikkate alınması gerektiğini gösteriyor.”

Bu bulgular, betonun 3B baskısının nasıl iyileştirilebileceğine dair yeni bir bakış açısı da sunuyor. Karbonatlaşmayı en üst düzeye çıkarmak, 3B baskılı beton yapıların geometrik optimizasyonunda ek bir ölçüt hâline gelebilir; böylece yüzeyin olabildiğince büyük bir kısmı karbonatlaşmaya maruz bırakılabilir.

Bu, 3B baskılı betonun karbon salımı olmayan bir yapı yöntemi olduğu anlamına gelmiyor. Karbonatlaşma iyileştirilse bile çimento üretimi sırasında kalsinasyon aşamasında ortaya çıkan emisyonlar hâlâ önemli düzeyde. Üstelik 50 yıl boyunca yeniden emilen karbon, bu süre zarfında iklim değişikliğine önemli ölçüde katkıda bulunacak.

Ancak bu karbon emisyonları çimento fabrikasında yakalanabilirse, beton binanın daha sonra gerçekleşen karbonatlaşması, beton kullanılarak inşa edilmiş olmasına rağmen bu tür altyapıları gerçekten net karbon yutağına dönüştürebilir.

3B baskılı betonun bu hedefe ilk ulaşma olasılığı çok daha yüksek; bunun için optimize edilmiş geometriyi, düşük karbonlu bağlayıcıları ve uygun donatıyı bir araya getirmek gerekiyor. Bu da yapı malzemesi tedarikçileri için bir fırsata dönüşebilir.

İleri Beton Teknolojilerine Yatırım

CRH

Dünyanın önde gelen çimento üreticilerinden biri olan CRH, çimento ve beton sektörünün daha sürdürülebilir hâle gelmesinde belirleyici bir rol oynayacak. ABD ve Avrupa pazarlarında sağladığı toplam yapı malzemesi hacmi bakımından 1 numarada yer alıyor.

Kaynak: CRH

Şirket 28 ülkede 3.390 noktada faaliyet gösteriyor ve 78.500 kişiyi istihdam ediyor; küresel satışlarının yüzde 65’ini CRH Americas gerçekleştiriyor. Ayrıca açık ara en büyük çimento şirketi olan CRH’nin lider konumu, Arcosa’yı yakın zamanda satın almasıyla daha da güçlendi.

“Bu işlem, CRH’nin ABD’de ve dünya genelinde agrega sektöründeki lider konumunu pekiştiriyor ve şirketin ABD’de en hızlı büyüyen Metropolitan İstatistik Alanlarından (MSA’lar) bazılarına daha fazla erişmesini sağlıyor.”

Kaynak: CRH

CRH, Batılı hükümetlerin altyapıya yönelik güçlü harcamalarının işlerini büyütmeye katkı sağlayacağını öngörüyor. Yeniden sanayileşme ve yüksek teknoloji imalatının ülke içine taşınması eğilimleri de büyümeyi desteklemeli.

CRH, bir dizi girişimle sürdürülebilirlik alanında önemli ilerleme kaydetti:

• Kuzey Amerika’nın en büyük geri dönüşüm şirketidir; 2023’te diğer sektörlerden kaynaklanan 43,9 milyon ton atık ve yan ürünü geri dönüştürmüştür.
• Çimento tesislerinde %36 oranında alternatif yakıt kullanması sayesinde CO₂ emisyonlarını 2023’te %8 azalttı.
• Emisyonlarını 2030’a kadar %30 azaltmayı hedefliyor (2021 emisyonlarına kıyasla).

CRH, sektörde daha köklü dönüşümlere de öncülük ediyor. Özellikle, Avrupa’nın beton devi Holcim ile birlikte düşük karbonlu çimento şirketi Sublime’a 75 milyon dolar yatırım yaptı.

Sublime Systems, enerji ve fosil yakıt yoğun fırınların yerini almak üzere, ortam sıcaklığında çimento üretmek için bir elektrolizörden yararlanmak amacıyla 2020’de MIT bünyesinden ayrılarak kuruldu. Ayrıca kalsiyum kaynaklarının girdi malzemesi olarak kullanılmasını sağlayarak, girdi olarak kullanılan kireçtaşından CO₂ salınmasını önlüyor.

Sublime’ın Holyoke’deki ilk ticari tesisinin 2026 gibi erken bir tarihte açılması bekleniyor. Başarılı olduğu kanıtlanırsa çimento sektörü için gerçek bir dönüm noktası olabilir ve düşük emisyonlu betonun büyük ölçekte üretilmesinin önünü açabilir.

CRH, karbonsuzlaştırma ve sürdürülebilirlik alanlarında çalışan başka girişimlere de yatırım yaptı:

• Karbonsuzlaştırılması geleneksel olarak zor olan sektörler için karbon yakalama çözümleri geliştiren Cool Planet Technologies‘e 23,7 milyon avro yatırım.
• CRH ve diğer yatırımcılar, çimento, plastikler, tüketici ürünleri, gübreler ve ilaçlar gibi endüstriyel yan ürünlerde ve minerallerde CO₂’yi kalıcı olarak depolamak için tamamen elektrikli bir mineralizasyon çözümü kullanan Carbon Upcycling Technologies‘e 34,7 milyon dolar yatırım yaptı.
• AICrete, yerel beton üreticileriyle çalışan bir “hizmet olarak reçete” platformudur. Yapay zekâ analizleriyle yerel malzemeleri en iyi şekilde kullanır ve çimento miktarını en aza indirir; böylece hem CO₂ ayak izini hem de beton üretim maliyetini düşürür.
• FIDO AI’nin B Serisi finansmanı, yapay zekâyı su tüketimini azaltmak ve su tasarrufunu artırmak için kullanan bir girişime yöneliktir.

Son olarak, CRH’nin iştiraki Amerimix aracılığıyla CRH, 3D beton baskısına (3DCP) da yatırım yapıyor.

Genel olarak CRH, beton ve inşaat sektörünün kârlı ve önde gelen şirketlerinden biridir ve sektörün karbonsuzlaşmasına yönelik hazırlıklarını yoğun biçimde sürdürmektedir. Bunu hem mevcut tesislerinde doğrudan çalışarak hem de karbonsuzlaştırma ve 3D baskı dâhil olmak üzere yeni nesil çimento ve beton üretim teknolojileri geliştiren yenilikçi girişimlere önemli miktarda sermaye sağlayarak yapmaktadır.

CRH (CRH) Hisselerine İlişkin Son Haberler ve Gelişmeler

Atıfta Bulunulan Araştırma

^{1. Lucas Nascimento de Lima. (Yeniden)karbonatlaşma: Sürdürülebilir 3D baskılı beton için yeni bir fırsat. Cement and Concrete Research. Aralık 2026. Makale numarası: 108411. Cilt 210. 10.1016/j.cemconres.2026.108411}