بتن از مدفوع انسان؛ کشفی که مقاومت ساختمانها را تا ۴۲ درصد افزایش میدهد
محققان هندی با تبدیل مدفوع انسان به بیوچار، بتنی ساختهاند که نهتنها مقاومت فشاری و خمشی آن بهطور چشمگیری افزایش مییابد، بلکه میتواند بخشی از بحران زیستمحیطی سیمان را نیز حل کند.
به گزارش مجله فرتاک؛ محققان هندی با تبدیل مدفوع انسان به بیوچار، بتنی ساختهاند که نهتنها مقاومت فشاری و خمشی آن بهطور چشمگیری افزایش مییابد، بلکه میتواند بخشی از بحران زیستمحیطی سیمان را نیز حل کند.
چرا سیمان یک مشکل بزرگ است؟
تولید سیمان، ماده اصلی بتن، یکی از بزرگترین منابع انتشار دیاکسید کربن در جهان است. فرآیند گرم کردن سنگ آهک در دمای بالا برای ساخت سیمان، سالانه میلیاردها تن گاز گلخانهای وارد جو میکند. با توجه به اینکه تقریباً هر پروژه ساختمانی به بتن وابسته است، یافتن جایگزین یا روشی برای کاهش مصرف سیمان به یک ضرورت جهانی تبدیل شده است.
ایده عجیب: مدفوع انسان به جای سیمان
گروهی از محققان به رهبری راگووش تیواری، مهندس عمران دانشگاه مانیپال جایپور هند، به سراغ مادهای رفتند که انسانها بهطور مداوم و بیپایان تولید میکنند: مدفوع. آنها مدفوع را از یک تصفیهخانه در شهر وارانگال تهیه کردند و آن را طی فرآیندی به نام پیرولیز (گرم کردن در محیط کماکسیژن) در دمای ۳۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد به بیوچار تبدیل کردند. بیوچار مادهای غنی از کربن و بسیار متخلخل است.
نتایج آزمایشها: قویتر از انتظار
محققان پودر بیوچار را در نسبتهای ۵، ۱۰ و ۱۵ درصد جایگزین سیمان در بتن معمولی کردند و سپس مقاومت فشاری، خمشی، جذب آب و تخلخل نمونهها را اندازهگیری کردند. نتایج شگفتانگیز بود:
- جایگزینی ۵ درصدی: پس از ۹۱ روز، مقاومت فشاری ۲۰ درصد و مقاومت خمشی ۳۶ درصد افزایش یافت. همچنین جذب آب و تخلخل کمتر و انقباض خشک شدن کمتری داشت.
- جایگزینی ۱۰ درصدی: افزایش ۲۱ درصدی مقاومت فشاری و ۴۲ درصدی مقاومت خمشی. عملکرد کلی آن قابل مقایسه با بتن معمولی بود.
- جایگزینی ۱۵ درصدی: اگرچه همچنان با گذشت زمان مقاومتر میشد، اما مقاومت کلی آن از نمونههای ۵ و ۱۰ درصدی کمتر بود و ساختار آن منافذ و ترکهای بیشتری نشان داد.
چرا مدفوع بتن را قویتر میکند؟
سه مکانیزم اصلی این پدیده را توضیح میدهد:
- مخزن آب داخلی: بیوچار مدفوع بسیار متخلخل است و آب را جذب کرده و به تدریج در طول فرآیند هیدراتاسیون سیمان آزاد میکند. این کار باعث میشود واکنشهای شیمیایی سختشدن سیمان کاملتر انجام شود.
- واکنش پوزولانی: بیوچار سرشار از سیلیس است که با ترکیبات سیمان واکنش داده و سیلیکاتهای کلسیم بیشتری تولید میکند. این همان واکنشی است که رومیهای باستان در بتنهای خود از مواد آتشفشانی بهره میبردند.
- پر کردن ریزترکها: ذرات ریز بیوچار فضاهای خالی بتن را پر کرده و ساختار متراکمتری ایجاد میکنند.
مزایای زیستمحیطی و اقتصادی
هر انسان روزانه حدود ۴۰۰ گرم مدفوع تولید میکند. با جمعیت میلیاردی جهان، این حجم عظیم از فاضلاب میتواند به منبعی ارزشمند برای تولید مصالح ساختمانی تبدیل شود. جایگزینی حتی بخش کوچکی از سیمان با بیوچار مدفوع، دو مشکل را همزمان حل میکند: کاهش انتشار کربن صنعت سیمان و مدیریت پایدار زبالههای انسانی.
چالشها و محدودیتها
با وجود نتایج امیدوارکننده، محققان هشدار میدهند که این فناوری هنوز برای استفاده گسترده در ساختوساز آماده نیست. موارد زیر نیاز به بررسی بیشتر دارند:
- عملکرد در شرایط واقعی: آزمایشهای بیشتری برای ارزیابی دوام بتن در برابر چرخههای انجماد-ذوب، شوری و دماهای شدید لازم است.
- فلزات سنگین: لجن فاضلاب ممکن است حاوی فلزات سنگین باشد. اگرچه حبس آنها در بتن میتواند مفید باشد، اما نگرانی درباره آزاد شدن تدریجی آنها در طول زمان وجود دارد.
- انتشار کربن: این مطالعه تأثیر کلی این روش بر کاهش انتشار کربن را ارزیابی نکرده است.
آینده بتن مدفوعی
این پژوهش که برای انتشار در مجله Scientific Reports پذیرفته شده، نشان میدهد که مدفوع انسان میتواند به یک ماده ارزشمند در صنعت ساختمان تبدیل شود. اگرچه هنوز برای ساخت آسمانخراشها از این بتن استفاده نمیشود، اما این کشف میتواند نقطه شروعی برای تحولی بزرگ در صنعت ساختوساز و مدیریت پسماند باشد.
پرسشهای پرتکرار
آیا بتن ساختهشده از مدفوع انسان بوی بدی دارد؟
خیر، فرآیند پیرولیز در دمای بالا تمام مواد آلی و عوامل بیماریزا را از بین میبرد و بیوچار تولیدشده بیبو و استریل است.
آیا میتوان از این بتن برای ساخت خانه استفاده کرد؟
در حال حاضر این فناوری در مرحله آزمایشگاهی است و برای استفاده تجاری نیاز به مطالعات بیشتر دارد، اما پتانسیل بالایی برای آینده نشان میدهد.
چرا جایگزینی ۵ درصد سیمان بهترین نتیجه را داد؟
در نسبتهای بالاتر، ذرات بیوچار بیش از حد تجمع کرده و منافذ و ترکهای بیشتری ایجاد میکنند که مقاومت را کاهش میدهد.
آیا این روش به کاهش آلودگی محیط زیست کمک میکند؟
بله، با کاهش مصرف سیمان، انتشار دیاکسید کربن کم میشود و همزمان زبالههای انسانی به جای دفن، به مصالح ساختمانی تبدیل میشوند.
بعد از این مطلب بخوانید
علمی
روز جهانی حفاظت از لایه اوزون؛ سپری نامرئی که زندگی را ممکن میکند
لایه اوزون با جذب پرتوهای خطرناک فرابنفش، حیات روی زمین را حفظ میکند. هر سال ۱۶ سپتامبر (۲۵ شهریور) به عنوان روز جهانی حفاظت از لایه اوزون …
ادامه مطلب
لینک کپی شد.
دیدگاهها (۰)