हरित कंक्रीट के लिए ज्वालामुखीय चट्टान का उपयोग करें?

सीमेंट मिक्सर और एक्स्कवेटर डालने वाली नींव का हवाई दृश्य

एक नए अध्ययन के अनुसार, कंक्रीट के मुख्य अवयवों में से केवल एक को ज्वालामुखीय चट्टान से बदलने से सामग्री के निर्माण से कार्बन उत्सर्जन में लगभग दो-तिहाई की कमी आ सकती है।

कंक्रीट ने हमें रोम में पैंथियन, सिडनी ओपेरा हाउस, हूवर बांध और अनगिनत ब्लॉक वाले मोनोलिथ दिए हैं। कृत्रिम चट्टान हमारे शहरों और रोडवेज को कवर करती है, पवन खेतों और सौर पैनल सरणियों को रेखांकित करती है - और संयुक्त राज्य अमेरिका और विदेशों में COVID वसूली निवेश द्वारा समर्थित बुनियादी ढांचा परियोजनाओं में टन द्वारा डाला जाएगा।

हालांकि, जलवायु परिवर्तन से निपटने के प्रयासों के लिए यह एक भारी कीमत पर आता है, क्योंकि सीमेंट- कंक्रीट बनाने के लिए रेत, बजरी और पानी के साथ मिश्रित बाध्यकारी तत्व - ग्लोबल वार्मिंग के लिए सबसे बड़े औद्योगिक योगदानकर्ताओं में से एक है।

"कंक्रीट सर्वव्यापी है क्योंकि यह सबसे सस्ती निर्माण सामग्री में से एक है, इसे आसानी से हेरफेर किया जाता है, और इसे किसी भी आकार में ढाला जा सकता है," स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में भूभौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर टिज़ियाना वनोरियो कहते हैं।

लेकिन सीमेंट का उत्पादन मानव गतिविधि से संबंधित वार्षिक कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन का 8% तक फैलाता है, और आने वाले दशकों में मांग बढ़ने की उम्मीद है क्योंकि शहरीकरण और आर्थिक विकास नए भवनों और बुनियादी ढांचे के निर्माण का निर्माण करता है।

"अगर हम विनाशकारी जलवायु परिवर्तन को रोकने के लिए आवश्यक स्तर तक कार्बन उत्सर्जन को कम करने जा रहे हैं, तो हमें सीमेंट बनाने के तरीके को बदलने की जरूरत है," वनोरियो कहते हैं।

प्रवाल भित्तियाँ, झींगा मछली के गोले और मंटिस श्रिम्प

कंक्रीट का CO2 समस्या चूना पत्थर से शुरू होती है, मुख्य रूप से कैल्शियम कार्बोनेट से बनी चट्टान। पोर्टलैंड सीमेंट बनाने के लिए - आधुनिक कंक्रीट में पेस्टी मुख्य घटक - चूना पत्थर को मिट्टी के साथ उच्च गर्मी पर खनन, कुचल और बेक किया जाता है और विशाल भट्टों में अन्य सामग्री की थोड़ी मात्रा होती है। इस गर्मी को उत्पन्न करने में आमतौर पर कोयले या अन्य जीवाश्म ईंधन को जलाना शामिल होता है, जो कंक्रीट से जुड़े कार्बन उत्सर्जन के एक तिहाई से अधिक के लिए जिम्मेदार होता है।

गर्मी एक रासायनिक प्रतिक्रिया को ट्रिगर करती है जिससे संगमरमर के आकार के भूरे रंग के गांठ निकलते हैं जिन्हें कहा जाता है धातुमल, जो तब महीन पाउडर में बदल जाते हैं जिसे हम सीमेंट के रूप में पहचानते हैं। प्रतिक्रिया से कार्बन भी निकलता है जो अन्यथा सैकड़ों लाखों वर्षों तक चूना पत्थर में बंद रह सकता है। यह चरण शेष CO . में से अधिकांश का योगदान देता है2 ठोस उत्पादन से उत्सर्जन।

वनोरियो और उनके सहयोगी अब सीमेंट का प्रोटोटाइप बना रहे हैं जो CO . को खत्म करता है2- a . के साथ क्लिंकर बनाकर रासायनिक प्रतिक्रिया आग्नेय शिला जिसमें सभी आवश्यक बिल्डिंग ब्लॉक्स हों, लेकिन कार्बन में से कोई भी नहीं।

ग्रह पर सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली निर्माण सामग्री के रूप में, कंक्रीट लंबे समय से पुनर्निवेश का लक्ष्य रहा है। शोधकर्ताओं और कंपनियों ने कोरल रीफ्स, लॉबस्टर शेल्स और हथौड़े जैसे क्लबों में नए व्यंजनों के लिए प्रेरणा पाई है एक प्रकार का कीड़ा झींगा. अन्य लोग आंशिक रूप से क्लिंकर को औद्योगिक कचरे से बदल रहे हैं जैसे कोयला संयंत्रों से फ्लाई ऐश या कंक्रीट के जलवायु प्रभाव को कम करने के तरीके के रूप में मिश्रित कार्बन डाइऑक्साइड को मिश्रण में इंजेक्ट करना।

राष्ट्रपति जो बिडेन ने कार्बन कैप्चर का विस्तार करने और सीमेंट निर्माण में हाइड्रोजन ईंधन के उपयोग को 2005 के स्तर से 2030 तक अमेरिकी ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को आधा करने में मदद करने का आह्वान किया है।

चूना पत्थर छोड़ें

वनोरियो ने चूना पत्थर को पूरी तरह से हटाने और इसके बजाय एक चट्टान के साथ शुरू करने का प्रस्ताव रखा है जिसे दुनिया भर के कई ज्वालामुखी क्षेत्रों में उत्खनन किया जा सकता है। "हम इस चट्टान को ले सकते हैं, इसे पीस सकते हैं, और फिर इसे उसी उपकरण और बुनियादी ढांचे का उपयोग करके क्लिंकर बनाने के लिए गर्म कर सकते हैं जो वर्तमान में चूना पत्थर से क्लिंकर बनाने के लिए उपयोग किया जाता है," वह कहती हैं।

इस लो-कार्बन क्लिंकर के साथ मिश्रित गर्म पानी न केवल इसे सीमेंट में बदल देता है, बल्कि अणुओं की लंबी, आपस में जुड़ी श्रृंखलाओं के विकास को भी बढ़ावा देता है जो माइक्रोस्कोप के नीचे देखने पर उलझे हुए रेशों की तरह दिखते हैं। इसी तरह की संरचनाएं हाइड्रोथर्मल वातावरण में प्राकृतिक रूप से सीमेंटेड चट्टानों में मौजूद हैं - ऐसे स्थान जहां गर्म पानी जमीन के ठीक नीचे घूमता है - और कंक्रीट रोमन बंदरगाह में, जो संक्षारक खारे पानी और थ्रैशिंग तरंगों से 2,000 वर्षों के हमले से बचे हैं जहां आधुनिक कंक्रीट आमतौर पर दशकों के भीतर उखड़ जाती है।

क्रैकिंग को रोकने के लिए आधुनिक कंक्रीट संरचनाओं में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले रीबर की तरह, ये छोटे खनिज फाइबर सामग्री की सामान्य भंगुरता का मुकाबला करते हैं।

"कंक्रीट को फैलाया जाना पसंद नहीं है। किसी प्रकार के सुदृढीकरण के बिना, यह तनाव में झुकने से पहले टूट जाएगा, ”वैनोरियो कहते हैं, हाल के पत्रों के वरिष्ठ लेखक सूक्ष्म संरचना रोमन समुद्री कंक्रीट में और . की भूमिका पर रॉक भौतिकी कम कार्बन भविष्य में संक्रमण में। अधिकांश कंक्रीट को अब स्टील का उपयोग करके बड़े पैमाने पर प्रबलित किया जाता है।

"हमारा विचार यह सीखकर नैनोस्केल पर इसे मजबूत करना है कि कैसे रेशेदार सूक्ष्म संरचनाएं चट्टानों को प्रभावी ढंग से मजबूत करती हैं, और प्राकृतिक परिस्थितियां जो उन्हें उत्पन्न करती हैं, " वह कहती हैं।

उपचार और लचीलापन में सबक

प्रक्रिया वनोरियो परिवर्तन के लिए कल्पना करता है आग्नेय शिला कंक्रीट में हाइड्रोथर्मल वातावरण में चट्टानों के सीमेंट जैसा दिखता है। अक्सर ज्वालामुखियों के आसपास और सक्रिय टेक्टोनिक प्लेट सीमाओं के ऊपर पाया जाता है, हाइड्रोथर्मल स्थितियां चट्टानों को एक शक्तिशाली विलायक के रूप में पानी का उपयोग करके, घर के ओवन से अधिक गर्म तापमान पर जल्दी से प्रतिक्रिया करने और पुनर्संयोजन करने की अनुमति देती हैं।

जैसे हीलिंग त्वचा, दरारें और दोष पृथ्वी की सबसे बाहरी परत में समय के साथ खनिजों और गर्म पानी के बीच प्रतिक्रियाओं के माध्यम से सीमेंट। "प्रकृति जैविक जीवन की नकल करने वाली नवीन सामग्रियों के लिए प्रेरणा का एक बड़ा स्रोत रही है," वनोरियो कहते हैं। "हम पृथ्वी की प्रक्रियाओं से भी प्रेरणा ले सकते हैं जो उपचार और क्षति लचीलापन को सक्षम बनाती हैं।"

ईंटों और जाली धातु से लेकर कांच और प्लास्टिक तक, लोगों ने उन्हीं ताकतों का उपयोग करके लंबे समय तक सामग्री बनाई है जो पृथ्वी के चट्टान चक्र को चलाते हैं: गर्मी, दबाव और पानी। कई पुरातात्विक और खनिज अध्ययनों से संकेत मिलता है कि प्राचीन रोमनों ने पानी के साथ स्वाभाविक रूप से मिश्रित होने पर इसे कठोर देखकर जल्द से जल्द ज्ञात ठोस नुस्खा के लिए ज्वालामुखीय राख का उपयोग करना सीखा होगा।

"आज हमारे पास 21 वीं सदी की तकनीक के लेंस और पर्यावरणीय प्रभावों के ज्ञान के साथ सीमेंटेशन का निरीक्षण करने का अवसर है," वनोरियो कहते हैं।

नैनोस्केल इंजीनियरिंग का उपयोग करके विशिष्ट परिणामों और यांत्रिक गुणों के लिए अपनी प्रक्रियाओं में हेरफेर करने के लिए वनोरियो ने भौतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग प्रोफेसर अल्बर्टो सालेलियो के साथ मिलकर भूविज्ञान की नकल करने से परे जाने के लिए काम किया। "यह अधिक से अधिक स्पष्ट होता जा रहा है कि सीमेंट को नैनोस्केल पर इंजीनियर किया जा सकता है और उस पैमाने पर भी इसका अध्ययन किया जाना चाहिए," सल्लियो कहते हैं।

कंक्रीट के दोषों को गले लगाना

सीमेंट के कई गुण छोटे पर निर्भर करते हैं दोष के और विभिन्न घटकों के बीच के बंधनों के बल पर, सल्लियो कहते हैं। छोटे-छोटे रेशे जो चूर्णित चट्टानों के सीमेंटीकरण के दौरान बढ़ते और आपस में जुड़ते हैं, रस्सियों को कसने का काम करते हैं, ताकत प्रदान करते हैं। "हम यह कहना पसंद करते हैं कि सामग्री लोगों की तरह है: यह उनमें दोष है जो उन्हें दिलचस्प बनाते हैं," वे कहते हैं।

2019 में रोम में एक बच्चे के रूप में खंडहरों के बीच देखी गई प्राचीन कंक्रीट के बारे में एक स्थायी जिज्ञासा ने सल्लियो को वनोरियो तक पहुंचने के लिए प्रेरित किया, जिसकी रॉक भौतिकी में अपनी यात्रा बचपन में एक नियति में पृथ्वी की पपड़ी की गतिशीलता का अनुभव करने के बाद शुरू हुई थी। एक काल्डेरा के केंद्र में बंदरगाह शहर जहां रोमन कंक्रीट को पहले इंजीनियर बनाया गया था।

तब से, सल्लियो भूगर्भीय प्रक्रियाओं से प्रेरित एक निम्न-कार्बन क्लिंकर पर काम को देखने के लिए आया है, जो कि स्थिरता से संबंधित अपने समूह की परियोजनाओं के साथ तार्किक फिट के रूप में है, जैसे कि प्लास्टिक सामग्री पर आधारित कम लागत वाली सौर सेल और ऊर्जा भंडारण के लिए विद्युत रासायनिक उपकरण।

"कम कार्बन क्लिंकर के बारे में सोचना सीओ 2 की मात्रा को कम करने का एक और तरीका है जिसे हम वातावरण में भेजते हैं," वे कहते हैं। लेकिन अभी तो शुरुआत है। "पृथ्वी एक विशाल प्रयोगशाला है जहां सामग्री उच्च तापमान और उच्च दबाव पर मिश्रित होती है। कौन जानता है कि कितने अन्य रोचक और अंततः उपयोगी संरचनाएं हैं?"

स्रोत: स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय

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