من المباني والجسور إلى السدود والممرات ، يستخدم الناس مليارات الأطنان من الخرسانة كل عام. الآن قد تجد هذه المادة المفيدة استخدامًا آخر أيضًا. تشير دراسة جديدة إلى أن مسحوق الخرسانة يمكن أن يجمع الملوثات الضارة التي تنبعث من محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري.
جيريش راماكريشنان عالم مواد في جامعة ستوني بروك في نيويورك. يمكن للخرسانة تنظيف بعض هذه الملوثات بفضل أحد مكوناتها - الأسمنت. هذه هي الأشياء التي تعمل ببطء وتربط كل شيء معًا.
في عام 2014 ، أظهر باحثو Stony Brook أن مسحوق الخرسانة يمكن أن يتفاعل مع أكاسيد النيتروجين ، والتي غالبًا ما تسمى NO. تساهم هذه الملوثات في تكوين الضباب الدخاني ، وهو نوع من التلوث الخانق للرئة. لا يمكن أيضًا أن يلعب دورًا في تحويل الأمطار الحمضية. هذا يمكن أن يلحق الضرر بالمحاصيل والمباني وأكثر من ذلك. لكن الاسمنت يحتوي على مركبات الكالسيوم. وأظهر راماكريشنان وزميل له أنهم سوف يتفاعلون مع أكاسيد النيتروجين ، ويسحبونها من الهواء.
وبدافع الفضول ، قرر الفريق معرفة ما إذا كانت الخرسانة ستفعل الشيء نفسه مع ملوث هواء رئيسي آخر ينبعث من احتراق الوقود الأحفوري:ثاني أكسيد الكبريت.
إلى جانب الإضرار بالبيئة ، يمكن أن يسبب ثاني أكسيد الكبريت - أو SO - مشاكل في الرئة. في الهواء ، يساعد ثاني أكسيد الكبريت في تكوين جزيئات صغيرة من السخام. مع ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكبريت ، ترتفع كذلك حالات التهاب الشعب الهوائية ، وهو التهاب في الشعب الهوائية في الرئتين. غالبًا ما يعاني الأشخاص المصابون بالتهاب الشعب الهوائية من الصفير والسعال.
لاختبار قدرة الخرسانة على سحب SO من الهواء ، قام فريق Ramakrishnan بخلط مجموعة من الخرسانة الطازجة. بمجرد أن تصلب ، قاموا بطحنها إلى مسحوق ناعم. وقد أدى ذلك إلى زيادة مساحة سطح المادة ، كما يوضح راماكريشنان. زادت مساحة السطح الإضافية من عدد المواقع التي يمكن أن تحدث فيها تفاعلات كيميائية بين الخرسانة وملوثات الهواء.
تبلغ مساحة سطح كل جرام صغير من مسحوق الخرسانة للفريق ما بين 8 و 10 أمتار مربعة (86 و 108 قدم مربع). هذه تقريبًا هي نفس مساحة أرضية غرفة صغيرة!
قام العلماء بعد ذلك بتعبئة حوالي 3 جرام (1 أونصة) من هذا المسحوق في أنبوب صغير لإنشاء مرشح. كان هذا الجهاز صغيرًا - بنفس حجم ممحاة القلم الرصاص. ثم قام الباحثون بضخ الهواء الملوث من خلاله. حسنًا ، لقد كان غازًا مخصصًا للهواء الملوث.
يتكون الهواء الطبيعي في الغالب من نيتروجين ممزوج بالأكسجين. أضاف الباحثون SO لكنهم تركوا هذا الأكسجين خارجًا (وإلا فقد يتفاعل أيضًا مع الملوثات التي كانوا يدرسونها).
قام الباحثون بعد ذلك بتشغيل مزيجهم من النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت عبر المرشح لمدة 8 ساعات تقريبًا. كان تركيز SO منخفضًا جدًا - فقط حوالي 5 جزيئات من هذا لكل مليون جزيء من النيتروجين. قد لا يبدو هذا كثيرًا ، لكنه أعلى بكثير مما يعتبر آمنًا للتنفس.
بعد ذلك ، نظر الباحثون إلى المرشح تحت ضوء الأشعة تحت الحمراء. إذا تفاعل SOhad مع الخرسانة ، فيجب أن يكون التفاعل قد شكل مركبات تسمى الكبريتات والكبريتات. يوضح راماكريشنان أن هذه المركبات تمتص الأشعة تحت الحمراء. ويمكن لأدوات الفريق مراقبة الامتصاص لاكتشاف تلك المركبات في الفلتر.
وأكدت تلك الاختبارات أنه تم بالفعل سحب أكسيد الكبريت من الهواء وأصبح مرتبطًا بالمركبات الحاملة للكالسيوم في الأسمنت. أعلن راماكريشنان وفريقه عن النتائج التي توصلوا إليها في 1 تموز (يوليو) مجلة الهندسة الكيميائية .
يشير راماكريشنان إلى أن مرشح الفريق كان صغيرًا جدًا. هذا جعل من الصعب قياس كمية SOthe مرشح مسحوق معبأة من الغاز بدقة. للحصول على فكرة أفضل ، يقوم الفريق الآن باختبار مرشحات أكبر. لديهم كيلوغرام واحد (2.2 رطل) من مسحوق الخرسانة.
Outlook ضبابي
ليس لدى الجميع وجهة نظر وردية حول الدور المحتمل للخرسانة في تنظيف التلوث كما يفعل راماكريشنان. ومن بين هؤلاء المشككين جيفري روسلر. إنه مهندس مدني في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين.
تقوم معظم محطات الطاقة التي تعمل بحرق الفحم بالفعل بإزالة جزء كبير من ثاني أكسيد الكبريت من انبعاثاتها. وأشار إلى أنهم يفعلون ذلك باستخدام مرشحات تحتوي على مواد رخيصة تحتوي على الكالسيوم نسبيًا. تستخدم هذه المواد نفس النوع من التفاعلات الكيميائية مثل الخرسانة. لذلك لن يكون من المنطقي ، كما يجادل ، صنع الخرسانة لمجرد طحنها إلى مسحوق أكثر تكلفة وأقل فعالية. بغض النظر عن مدى جودة عمل هذه المرشحات الخرسانية في المختبر ، كما يقول ، فقد تكلف الكثير لاستبدال الأنواع القديمة المستخدمة بالفعل.
فلماذا لا يتم إعادة تدوير الخرسانة المستخدمة لخفض التكاليف؟ يقول Ramakrishnan أنه قد ينجح ، ولكن ليس بنفس فعالية الخرسانة الجديدة.
بعض الدول ، مثل الولايات المتحدة ، وضعت بالفعل قيودًا صارمة نسبيًا على انبعاثات ملوثات الهواء. يقول روبرت فاروتو إن المرشحات القائمة على الخرسانة قد لا تكون منطقية في هذه البلدان. إنه مهندس بيئي في جامعة كولومبيا في مدينة نيويورك. ومع ذلك ، يضيف ، قد يجدون استخدامها في مكان آخر. في البلدان الأخرى ، حيث تكون مستويات SO أعلى ، كما يقول ، قد يكون استخدام الخرسانة عمليًا.
يمكن أن تقدم فلاتر الفريق ميزة أخرى أيضًا. تصبح جزيئات المسحوق في المرشحات المستخدمة مغطاة بالكبريتات والكبريتات. قد يتم إعادة تدوير هذه المرشحات نفسها لصنع خرسانة جديدة للطرق والهياكل الأخرى. يقول راماكريشنان إن استخدامها بهذه الطريقة قد يقلل من التفاعلات مع الكلور من مواد كيميائية مثل ملح الطريق. كما يوضح:إذا ربط الكالسيوم الموجود في الأسمنت كل هذه الكبريتات والكبريتات ، فلن يكون متاحًا للتفاعل مع الكلور. وهذا بدوره يعني أن ملح الطريق لن يلحق الضرر بالطرق أو الأسطح الخرسانية الأخرى بقدر ما يحدث اليوم.
على المدى الطويل ، كما يجادل ، قد تستمر المرشحات الخرسانية في توفير المال.
