İnşaat sektörü, dünyanın en çok kaynak tüketen ve en çok karbon salan endüstrilerinden biri.
Beton ve çimento üretimi nehir yataklarından çekilen kum, kıyılardan sökülen çakıl, devasa enerji harcamasıyla tek başına küresel karbondioksit salımının yaklaşık yüzde 8'ini oluşturuyor.
Ancak iki farklı araştırma grubu, betonun hem daha güçlü hem de daha sürdürülebilir hale getirilebileceğini kanıtlayan sonuçlar ortaya koydu. Üstelik kullandıkları hammaddeler şaşırtıcı: kahve telvesi ve deniz suyu.
10 MİLYAR KİLO ATIK BETONA DÖNÜŞÜYOR
Avustralya'daki RMIT Üniversitesi'nden bir ekip, her yıl dünya genelinde yaklaşık 10 milyar kilogram üretilen kahve atığını beton üretiminde kullanmanın yolunu buldu. Çalışma, Journal of Cleaner Production dergisinde yayımlandı.
Yöntem, piroliz adı verilen bir işleme dayanıyor. Kahve telvesi, oksijensiz ortamda 350 derecenin üzerinde ısıtılarak karbon açısından zengin, gözenekli bir malzemeye, yani biyokömüre dönüştürülüyor.
Bu biyokömür çimento karışımına eklendiğinde betonun dayanıklılığı yüzde 30'a kadar artıyor.
RMIT mühendislerinden Rajeev Roychand, organik atığın çöplüklerde çürümeye bırakılmasının metan ve karbondioksit salarak iklim değişikliğini hızlandırdığını vurguladı.
Bir başka araştırmacı Jie Li ise nehir yataklarından sürekli kum çıkarılmasının ekosistemlere ciddi zarar verdiğine dikkat çekti.
Yani ortada iki kriz var: bir yanda çöpe giden organik atık, diğer yanda doğadan sökülen hammadde. Kahve telvesinden üretilen biyokömür, bu iki soruna tek bir yanıt sunuyor.
Ancak araştırma henüz erken aşamada. Ekip, kahve katkılı betonun uzun vadeli dayanıklılığını, donma-çözülme döngülerindeki performansını ve su emilim özelliklerini test etmeye devam ediyor. RMIT mühendisi Shannon Kilmartin Lynch, "Sonuçlar heyecan verici ama henüz başlangıç aşamasındayız" dedi.
DENİZ SUYU VE KARBONDİOKSİTTEN TAŞ GİBİ BETON ÜRETMEK
Atlantik'in öte yakasında, Northwestern Üniversitesi'nden Alessandro Rotta Loria ve ekibi bambaşka bir yol izledi. Bir laboratuvar reaktöründe deniz suyuna elektrik ve karbondioksit uygulayarak beton yapımında kullanılabilecek katı tanecikler üretti.
Deniz suyuna elektrik yüklendiğinde hidroksit iyonları oluşuyor; ortama verilen karbondioksit ise bikarbonat iyonlarına dönüşüyor.
Bu iki bileşen, deniz suyundaki kalsiyum ve magnezyumla birleşerek kalsiyum karbonat ve magnezyum açısından zengin katı mineraller oluşturuyor.
Kalsiyum karbonat, doğada kireçtaşı ve deniz kabuklarında bulunan bir mineral, yani bu karışımla doğanın milyonlarca yılda yaptığını laboratuvarda saatler içinde gerçekleştiriyor.
Üstelik aynı reaksiyondan bir de hidrojen gazı çıkıyor. Bu da sürecin ekonomik olarak kendini finanse edebilmesinin kapısını aralıyor.
Rotta Loria, "Ürettiğimiz malzemelerin kimyasal bileşimini, boyutunu, şeklini ve gözenekliliğini tamamen kontrol edebildiğimizi gösterdik" dedi. Bu esneklik kritik; çünkü beton, sıva ve dolgu malzemeleri farklı tanecik boyutları ve yoğunluklar gerektiriyor.
KARBON SALMAK YERİNE KARBON DEPOLAYAN MALZEME
Araştırmanın en çarpıcı boyutu ise karbon dengesi. En verimli karışımlarda üretilen malzeme, üretim sürecinde salınan karbondioksitten daha fazlasını bünyesinde depoluyor. Yani malzeme karbon negatif hale geliyor.
Kalsiyum karbonat ve magnezyum bileşiğinin eşit oranda karıştırıldığı örnekler, kendi ağırlıklarının yarısından fazlası kadar karbondioksit saklayabiliyor. Ek bir karbonasyon işlemiyle magnezyum bileşeni daha da fazla karbon hapsediyor.
Dayanıklılık tarafında da umut var. 30 günlük deneylerde, elektrot üzerinde büyüyen mineraller santimetre ölçeğinde katı parçalar oluşturdu. Karbonasyon sonrası bu parçaların basınç dayanımı inç kare başına yaklaşık 200 pounddan 870 poundun üzerine çıktı, bu da santimetre kare başına yaklaşık 14 kilogramdan 61 kilograma basınç anlamına geliyor.
KUM KRİZİ VE SAHİL FABRİKALARI
Betonun hacminin yüzde 60 ila 75'i kum ve çakıldan oluşuyor. Bu agrega malzemenin büyük bölümü nehir yataklarından, kıyılardan ve deniz tabanlarından çıkarılıyor. Laboratuvarda üretilen tanecikler bu madencilik baskısını hafifletebilir.
Ekip, bu işlemin açık denizde değil, kıyıya yakın modüler reaktörlerde gerçekleştirilmesini öngörüyor. Böylece giren su, yan ürünler ve atık sıvı kontrol altında tutulabilir.
Rotta Loria, "Karbondioksiti doğrudan kaynağında yakalayan bir döngüsellik kurabiliriz" dedi. Ancak ekledi: Bu teknolojinin yanı başındaki ekosistemleri bozmaması şart.
ÖNDE ENGELLER DE VAR
Her iki araştırma da umut verici sonuçlar ortaya koyuyor; ancak ikisinin de önünde ciddi bir sınav var.
Kahve katkılı betonun gerçek yapılarda uzun yıllar nasıl performans göstereceği henüz bilinmiyor. Deniz suyu reaktöründe ise yüksek voltajda klor bazlı yan reaksiyonlar ortaya çıkıyor ve bu, endüstriyel ölçekte dikkatli yönetim gerektiriyor.
Ayrıca aşınma ve darbe testleri henüz tamamlanmadı, oysa inşaat malzemeleri sadece basınca değil, sürtünmeye ve çarpmaya da dayanmak zorunda.
Deniz suyu teknolojisinin yaygınlaşması için reaktörü besleyen elektriğin temiz ve ucuz kalması gerekiyor. Chatham House'un 2018 tarihli bir analizine göre çimento üretimi küresel karbondioksit salımının yaklaşık yüzde 8'ini oluşturuyor; bu payı azaltmak ancak enerji kaynağı da temizse anlam taşıyor.
ATIĞI VE KARBON EMİSYONU HAM MADDEYE DÖNÜŞÜR MÜ?
İki araştırmanın kesiştiği nokta aynı: inşaat sektörünün hem karbon ayak izini küçültmek hem de doğadan söktüğü hammaddeyi azaltmak mümkün. Bir tarafta çöpe giden kahve telvesi betonu güçlendiriyor, diğer tarafta atmosfere salınan karbondioksit ve okyanustaki tuzlu su yapı malzemesine dönüşüyor.
Bir başka deyişle, bugün atık ya da kirletici sayılan maddeler yarının inşaat hammaddesi olabilir. Her iki teknolojinin endüstriyel ölçeğe ulaşması için henüz zaman var; ama laboratuvar sonuçları, betonun geleceğinin bugünkünden çok farklı görünebileceğine işaret ediyor.