تولید آهک از جلبک [سنگ آهک زیستی]

محققان دانشگاه کلرادو بولدر روشی مبتکرانه برای تولید آهک از جلبک برای ساخت بتن کربن خنثی یا حتی کربن منفی ابداع کرده‌اند. در این روش، از سنگ آهک زیستی تولید شده توسط جلبک‌ها به جای سنگ آهک استخراج شده از معادن برای ساخت سیمان پرتلند استفاده می‌شود که اصلی‌ترین و پرکربن‌ترین ماده تشکیل‌دهنده بتن محسوب می‌گردد. جلبک‌های میکروسکوپی به طور طبیعی و از طریق فرآیند فتوسنتز، سنگ آهک (یا کربنات کلسیم) تولید می‌کنند.

فهرست محتوا

تولید آهک از جلبک چگونه انجام می‌شود؟

بر اساس یافته‌های این پژوهش، بتن ساخته شده از این «سنگ آهک زیستی» از نظر کربن کاملاً خنثی است، زیرا میزان دی‌اکسید کربن منتشر شده در جو هنگام پخت سیمان، دقیقاً معادل مقداری است که جلبک‌ها در طول رشد خود از اتمسفر جذب کرده‌اند.

ویل سرابار و تیم تحقیقاتی‌اش از جلبک‌ها برای تولید سنگ آهک مورد استفاده در بتن بهره گرفته‌اند.

این سیمان می‌تواند به کربن-منفی تبدیل شود – یعنی بیش از آنکه دی‌اکسید کربن منتشر کند، آن را جذب نماید – به شرطی که سنگ آهک اضافه‌ای که معمولاً به عنوان «مواد پرکننده» به مخلوط اضافه می‌شود نیز با نوع تولیدشده از جلبک جایگزین گردد.

از آنجا که این بخش از سنگ آهک سوزانده نمی‌شود، کربن موجود در آن همچنان در بتن ذخیره می‌ماند.

محققان دانشگاه کلرادو بولدر تخمین می‌زنند که این روش می‌تواند از انتشار دو میلیارد تن دی‌اکسید کربن در سال به جو جلوگیری کند و حتی 250 میلیون تن دیگر را نیز جذب نماید.

سنگ آهک زیستی؛ یک راهکار بهینه در صنعت ساختمان

ویل سرابار، پژوهشگر ارشد و مدیر آزمایشگاه مواد زنده دانشگاه کلرادو بولدر می‌گوید: «برای صنعت، اکنون زمان حل این مشکل بسیار پیچیده است. ما معتقدیم یکی از بهترین راه‌حل‌ها – اگر نه بهترین راه‌حل – را برای مقابله با مشکل کربن در صنعت سیمان و بتن ارائه داده‌ایم.»

سنگ آهک زیستی از نظر ظاهر، احساس و عملکرد کاملاً مشابه سنگ آهک استخراج شده از معدن است، به این معنی که جایگزینی آن در فرآیندهای موجود تولید سیمان به سادگی امکان‌پذیر خواهد بود.

جلبک‌های میکروسکوپی مورد استفاده در این فرآیند از نوع کوکولیتوفورها (coccolithophores) با رنگ سفید ابری هستند.

توضیحات علمی:

کوکولیتوفورها:
- جلبک‌های میکروسکوپی تک‌سلولی
- دارای پوسته‌های آهکی (کوکولیت)
- نقش کلیدی در چرخه کربن اقیانوس‌ها
- توانایی بالای رسوب‌دهی کربنات کلسیم
ویژگی‌های منحصر به فرد:
- رشد سریع در محیط‌های آبی
- تولید طبیعی کربنات کلسیم از طریق فتوسنتز
- پتانسیل بالای جذب CO₂ اتمسفری

کاربردهای صنعتی:

تولید مصالح ساختمانی پایدار
توسعه فناوری‌های جذب و ذخیره کربن
کاهش ردپای کربن در صنعت ساخت‌وساز

بر اساس برآورد محققان، با اختصاص یک تا دو میلیون هکتار از زمین‌های ایالات متحده به ایجاد حوضچه‌های پرورش جلبک، این کشور می‌تواند به میزان کافی از این ماده زیستی برای تأمین تمام نیاز سیمان خود انبوه سازی کند. این مقدار زمین تنها حدود یک درصد از مساحتی است که هم‌اکنون برای کشت ذرت در آمریکا استفاده می‌شود.

تصویر نشان‌دهنده کشت آزمایشگاهی این میکروجلبک‌ها در محیط کنترل‌شده است.

تیم دانشگاه کلرادو بولدر اخیراً کمک هزینه ۳.۲ میلیون دلاری (۲.۷ میلیون پوند) از وزارت انرژی ایالات متحده دریافت کرده است تا تولید سیمان پرتلند با استفاده از سنگ آهک زیستی را توسعه داده و در مقیاس صنعتی پیاده‌سازی کند.

ویل سرابار با بیان دیدگاه بلندپروازانه تیم تحقیقاتی اظهار داشت: «ما جهانی را تصور می‌کنیم که در آن استفاده از بتن به شکلی که می‌شناسیم، به ابزاری برای التیام سیاره زمین تبدیل شده است. هم‌اکنون ابزارها و فناوری لازم برای تحقق این آرمان را در اختیار داریم.»

سرابار و تیمش با گونه‌ای از میکروجلبک‌های کوکولیتوفور سفید-ابری و سریع‌الرشد کار می‌کنند که بیشترین میزان کربنات کلسیم جدید را در سیاره زمین تولید می‌کنند – تا حدی که شکوفایی جمعیت آنها از فضا نیز قابل مشاهده است.

این ارگانیسم‌های منحصر به فرد با استفاده از نور خورشید، آب دریا یا آب شیرین و دی‌اکسید کربن، پوسته‌های کربنات کلسیمی تولید می‌کنند که سرابار آنها را “بسیار پیچیده و زیبا” توصیف می‌کند. این پوسته‌ها در واقع نوعی زره محافظ هستند و گفته می‌شود این جلبک‌ها آنقدر مقاوم هستند که تقریباً در هر نقطه‌ای از جهان می‌توانند رشد کنند.

برای تجاری‌سازی سنگ آهک جلبکی، سرابار شرکت استارت‌آپی به نام مینوس متریالز (Minus Materials) تأسیس کرده است. این شرکت هم‌اکنون مقادیر محدودی از این ماده را تولید کرده و قصد دارد با استفاده از همان میکروجلبک‌ها برای تولید محصولات گران‌قیمت‌تری مانند سوخت‌های زیستی، مواد غذایی و محصولات آرایشی-بهداشتی، قیمت بتن را در سطح مقرون‌به‌صرفه نگه دارد.

مزیت‌های کلیدی این فناوری

استفاده از جلبک‌های فوق‌سریع‌الرشد با بازدهی بالا
قابلیت کشت در انواع محیط‌های آبی
مدل کسب‌وکار چندمنظوره برای کاهش هزینه‌ها
پتانسیل تولید همزمان محصولات باارزش دیگر

سرابار در این باره تأکید می‌کند: “این نکته بسیار حیاتی است که این ماده باید مقرون‌به‌صرفه و تولیدش آسان باشد، و مزایای آن باید در مقیاس جهانی به اشتراک گذاشته شود.”

تیم دانشگاه کلرادو بولدر در حال همکاری با مجموعه منابع جلبکی دانشگاه کارولینای شمالی ویلمینگتون است تا با انتخاب و بهینه‌سازی سویه‌های جلبکی، تولید را در سریع‌ترین زمان ممکن افزایش دهند. همچنین با آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر برای توسعه سوخت‌های زیستی و تامین مصالح ساختمانی و سایر محصولات همکاری می‌کنند.

جمع‌بندی

در حال حاضر، تولید سیمان مسئول حدود ۸ درصد از انتشار دی‌اکسید کربن جهانی است. یکی دیگر از محصولات بتن کربن-منفی توسط شرکت مونترآلی Carbicrete توسعه یافته که با حذف سیمان و استفاده از سرباره ضایعات صنعت فولاد به همراه کربن جذب‌شده از کارخانه‌های صنعتی تولید می‌شود.

در حالی که برخی کارشناسان خواستار توقف استفاده از بتن به دلیل ردپای کربن بالا هستند، دیگران در حال توسعه روش‌هایی برای کاهش مصرف بتن می‌باشند. این رویکردهای متنوع نشان‌دهنده تلاش‌های جهانی برای مقابله با چالش‌های زیست‌محیطی صنعت ساخت‌وساز است.

اگر پیگیر مطالب مرتبط با حوزه صنعت ساختمان، انبوه‌سازی، راه و شهرسازی هستید پیج اینستاگرام شرکت انبوه سازی جهان پیکر صبا را دنبال کنید تا از تازه‌ترین یافته‌های علمی در این حوزه به محض انتشار مطلع شوید.