تلاش شگفت انگیز امیدوارکننده برای تعمیر بتن

بتن، یکی از کثیف ترین موادی که تاکنون ساخته شده است، می تواند به نجات سیاره کمک کند | الکسی زوتوف/UCG/گروه یونیورسال تصاویر از طریق گتی ایماژ

نه، رم در یک روز ساخته نشد، اما با سرعتی خیره کننده ساخته شد، معابد، آمفی تئاترها و قنات های آن با کمک ترکیبی جادویی از خاکستر آتشفشانی و آهک برآمدند. امروز آن ملات معجزه آسا نامی نه چندان دلربا دارد: بتن.

ادمیر ماسیچ، استاد علم مواد در MIT که چند سال پیش به دلیل کشف سس مخفی که به سرعت سفت می‌شود و چرا بتن رومی تا این حد بادوام است، می‌گوید: «رومی‌ها از طریق یک انقلاب واقعی معماری زندگی کردند، و اساس این انقلاب، به معنای واقعی کلمه، یک کشف ملموس بود. "آنها توانستند توده ای از خاک را برداشته و آن را با هم مخلوط کنند، آب اضافه کنند و به سنگ جامد با هر اندازه دلخواه تبدیل کنند. این به معنای واقعی کلمه همه چیز را تغییر داد."

و با این حال، برای هزاران سال پس از سقوط رم، جهان تا حد زیادی بتن را فراموش کرد، تا اینکه در قرن هجدهم، یک سنگ تراشی انگلیسی متوجه شد که مخلوط کردن سنگ آهک و خاک رس می تواند خمیری ایجاد کند که در زیر آب سخت می شود. چند دهه بعد، بتنی که اکنون می دانیم دوباره متولد شد و بار دیگر همه چیز را تغییر داد.

در طول قرن‌ها، بتن به شیوه زندگی ما تغییر شکل داده است و نتایج فاجعه‌باری برای آب و هوا داشته است. چیزی که مبشران اولیه بتنی متوجه نشدند این بود که روش مدرن تولید این ماده مقادیر عظیمی از دی اکسید کربن را در جو آزاد می کند. همانطور که به طور فزاینده ای برای مدرنیته مرکزی شده است، به فاجعه زیست محیطی کمک کرده است.

با این حال، امروزه نسل جدیدی از بتن دوست‌ها مانند Masic روی مخلوط ریخته‌شده در جستجوی معجزه‌ای دیگر، سبزتر و بادوام‌تر از بتن، منافذ شده‌اند. و آن‌ها پاسخ‌های متعددی پیدا کرده‌اند، از بتن که می‌تواند ترک‌های خود را التیام بخشد - همانطور که پانتئون برای هزاران سال انجام داده است - تا بتن رسانای الکتریکی که قادر به ذخیره انرژی است تا ترکیبی که به بتن اجازه می‌دهد CO2 بیشتری نسبت به انتشار خود جذب کند.

آنها با هم پیشنهاد می‌کنند که در آینده‌ای نه چندان دور، بتن – بله، بتن – یکی از کثیف‌ترین موادی که تا به حال ساخته شده است، می‌تواند به نجات سیاره کمک کند و محیط ساخته شده ما را متحول کند و در عین حال در آب و هوا برای بهتر شدن مداخله کند.

چگونه بتن دنیای مدرن را ساخت (و آلوده کرد).

جای تعجب نیست که مشاهیر عصر نئو بتن، از جمله توماس ادیسون، مانند پیشینیان رومی خود، از این چیزها شگفت زده شدند. آنها آن را منادی مدینه فاضله می دیدند، دنیایی که در آن هر چیزی و همه چیز - یک خانه، یک بزرگراه بین ایالتی، یک لوله آب، یک سیستم مترو، یا یک پیانوی بزرگ - می تواند با کسری از هزینه های معمولی شکل بگیرد و ریخته شود.

نیویورک تایمز در سال 1911 هنگامی که ادیسون برنامه های خود را برای یک خانه بتنی تکمیل شده با اثاثیه بتونی توضیح داد، "در مورد سگ های سیمانی که هشداردهنده در حیاط جلو بایستند و گربه های سیمانی برای خرخر کردن به صورت سنگی در زیر محوطه آشپزخانه بتنی."

چشم انداز اتوپیایی مخترع فریب خورده از دنیایی که با بتن بازسازی شده بود، به روش هایی بیش از آنچه که او تصور می کرد محقق می شد. بله، روش ساخت ما را برای همیشه تغییر داد. جاده های گل آلود و پیاده روهای چوبی پوسیده جای خود را به پیاده روهای خاکستری صاف دادند و سیستم های فاضلاب تازه ریخته شده جان میلیون ها نفر را در شهرهای کثیف مرگبار دوران اولیه صنعتی نجات دادند. وقتی بتن روی میله‌های فولادی ریخته شد، به اندازه‌ای قوی بود که بتواند آسمان‌خراش‌های عظیمی را که ژولیوس سزار فقط می‌توانست رویای آن را در سر می‌پروراند، نگه دارد.

اما یک معاوضه وجود داشت: هر بار که ادیسون کوره‌های 150 فوتی علامت تجاری خود را روشن می‌کرد و سنگ آهک داخل آن را به سنگ‌ریزه‌های تاول‌زای کلینکر سیمان تبدیل می‌کرد، صدها تن دی اکسید کربن را در اتمسفر آزاد می‌کرد.

استادیوم یانکی نه تنها با تاب بیب روث، بلکه با حدود 30000 یارد مکعب بتن ادیسون ساخته شد که ایجاد آن حداقل 5400 تن CO2 آزاد کرد که معادل رانندگی با یک خودروی گازسوز 12.5 میلیون مایل یا بیش از دوجین بار به ماه و بازگشت است. اما این در مقایسه با تقریبا 30 میلیارد تن بتن که اکنون جهان هر سال استفاده می‌کند، چیزی نیست، به اندازه‌ای که گوه خاکستری چسبنده را به دومین ماده پرمصرف روی زمین تبدیل کند. (اول آب است. گلوگ گلاگ.)

آنتروپوسن بر روی پایه ای از بتن ساخته شده است، وزن آن زیست توده همه موجودات زنده را تحت الشعاع قرار می دهد، و زبانه کربن سالانه آن مسئول 8 درصد از انتشار جهانی، معادل کل کشور هند است. به طور بحرانی، برخلاف بقایای حیرت‌انگیز ماندگار رم، بتن مدرن ما به سرعت پوسیده می‌شود، بنابراین باید بارها و بارها دوباره ریخته شود، که فقط از نظر زیست‌محیطی فاجعه‌بارتر می‌کند.

اما دیگر لازم نیست اینگونه باشد.

ماسیچ به من گفت: «آینده بتن این است که متفاوت فکر کنیم، از ادعای بد بودن سیمان دور شویم. "هدف ما این است که این را برگردانیم و به جای مشکل بودن، بخشی از راه حل را مشخص کنیم."

به همین دلیل است که می توانیم بتن خوبی داشته باشیم

به ازای هر تن، بتن در واقع نسبت به سایر مواد مانند آلومینیوم، فولاد، پلاستیک یا شیشه، CO2 کمتری را از نظر حجم منتشر می کند.

مشکل این است که ما بسیار از آن استفاده می کنیم، حتی یک ردپای کمی منفی می تواند به سرعت بسیار زیاد شود. سابی میلر، پروفسور دانشگاه کالیفرنیا دیویس که بر بتن پایدار تمرکز می کند، گفت: «اگر بتوانید تغییرات کوچکی ایجاد کنید، آن تغییرات کوچک نیز به شیوه هایی «که می تواند تأثیر بسیار زیادی بر جامعه مدرن و بارهای آن بر محیط زیست داشته باشد» افزایش می یابد.

یکی از این راه‌حل‌ها از رومی‌ها سرنخ می‌گیرد، که بتن را متفاوت از ما امروزی ساختند. روش زمانی مرموز آن‌ها تضمین می‌کرد که سازه‌های غول‌پیکری مانند کولوسئوم یا آکوا ویرجو، قناتی که در دوران سلطنت آگوستوس ساخته شد و هنوز هم از آن استفاده می‌شود، می‌توانند هزاران سال زنده بمانند در حالی که بزرگراه بروکلین-کوئینز شهر نیویورک یا پل واشنگتن تنها پس از چند دهه استفاده فرو می‌ریزد.

این فقط این نیست که ما ماشین‌ها را بر فراز بزرگراه‌های بتنی خود می‌رانیم در حالی که کولوسئوم برای هزاران سال عمدتا عاری از حجیم‌ترین چرخ‌های ارابه بوده است. پاسخ، طبق تحقیقات Masic، در دستور العمل مبتکرانه رومی ها برای سیمان نهفته است، چسبی که بتن را به هم متصل می کند. زمانی که قدیم ها دسته ای از سیمان را دم می کردند، تکه های سفید بزرگی از آهک خفته را در مخلوط نهایی باقی می گذاشتند. بعدا اگر شکافی ایجاد شود، هر آبی با آهک بیکار واکنش نشان می دهد و شکاف را با سنگ جدید پر می کند.

بتن امروزی ما چنین لایه‌های آهکی ندارد، به این معنی که اگر آب به داخل شکاف نفوذ کند، ساختار را از درون تخریب می‌کند و میلگردی را که برج‌های بزرگ ما را ممکن کرده بود، زنگ می‌زند و منجر به یک وضعیت بد به نام «سرطان بتن» می‌شود.

Masic اخیرا تحقیقات خود را به استارتاپی به نام DMAT تبدیل کرده است که آهک واکنش نداده را در بتن ذخیره می کند و به گفته او خواص خود ترمیمی به آن می دهد که می تواند طول عمر یک سازه را تا حدود 50 درصد افزایش دهد که به خودی خود باعث کاهش 40 درصدی ردپای کربن آن می شود. اگر صنعت ساخت‌وساز، بتن یا سایر مخلوط‌هایی را که مثلا نیمی از CO2 معمول تولید می‌کنند عادی کند، سالانه صدها میلیون تن از آن را خارج از جو نگه می‌دارد.

اما چرا در آنجا توقف کنید؟ برخی استارت‌آپ‌ها در سال‌های اخیر در تولید بتن با قابلیت تنفس بیشتر از CO2 که در فرآیندی که از متخلخل طبیعی بتن استفاده می‌کند، بهتر شده‌اند. در تئوری می‌تواند شهرهای ما را با تبدیل مواد به مخزن ذخیره‌سازی به جنگل‌های بارانی بتنی تبدیل کند. همانطور که میلر می گوید، "اگر ما بتوانیم از بتن خود برای رفع برخی از آسیب های زیست محیطی که قبلا ایجاد کرده ایم استفاده کنیم، چه؟"

در باهاما، استارت‌آپ Partanna در حال حاضر چیزی را ساخته است که آن را اولین خانه کربن منفی در جهان می‌نامند، مسکنی به وسعت 1250 فوت مربع که این شرکت ادعا می‌کند 182.6 تن دی‌اکسید کربن را در طول عمر خود جذب می‌کند، معادل صدها درخت. در همین حال، آزمایشگاه Masic راه‌هایی را برای تبدیل بتن به باتری غول‌پیکری ارائه کرده است که می‌تواند انرژی خورشیدی را در روز ذخیره کند و آن را در شب آزاد کند، یک نوآوری سبز که می‌تواند ردپای کربن خود را طی چند سال استفاده از بین ببرد.

ماسیچ معتقد است که رسانایی الکتریکی می‌تواند کلیدی برای کاتالیزور عصر جدید بتن باشد - حتی بیشتر از سرمایه‌گذاری‌های نورومی او. او گفت: «ممکن است این راز را داشته باشد، زیرا تبدیل یک مرد بد به چیزی شگفت انگیز است.»

اما هر چقدر این نوآوری‌ها امیدوارکننده باشند، زمان می‌برد تا آنها از خانه‌های مدل خارج شوند و به بتن‌هایی که در واقع ما را احاطه کرده‌اند، موج بزنند. استارت آپ های بتن آمریکایی میلیاردها دلار از بودجه فدرال و قراردادهای تدارکاتی مورد انتظار تحت دولت ترامپ را از دست داده اند. برخی از ایالت ها، به ویژه کالیفرنیا، به کاهش کسادی کمک می کنند، اما سرمایه گذاری هنوز از پتانسیل عقب مانده است. همچنین چالش متقاعد کردن سازندگانی که روی حاشیه‌های نازک کاغذی کار می‌کنند وجود دارد که روش‌های قدیمی آنها برای انجام کارها ممکن است در قالب جدید بهتر جا بیفتد.

اما مقیاس حیرت‌انگیز بتن به این معنی است که ما نمی‌توانیم بدون در نظر گرفتن معاوضه‌های زشت آن به ریختن آن ادامه دهیم. مهم‌تر از آن، شاید ما نمی‌توانیم فرصتی را که چنین ماده عظیم و متحول کننده‌ای برای تغییر دوباره همه چیز ارائه می‌دهد، از دست بدهیم.