Çimento Sürdürülebilir Bir Malzeme Olabilir
Nüshet Çamuşoğlu / nushet@ekoyapidergisi.org
"Eğer çimento endüstrisi bir ülke olsaydı, dünya genelinde karbon dioksit salımında Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'nden sonra sadece üçüncü sırada olacaktı, yaklaşık 2.8 milyar tonla." Bu ifade, Lucy Rodgers'ın BBC raporunda betonun ekolojik ayak izine dair oldukça şaşırtıcı bir bilgi olarak öne çıkıyor. Yılda 4 milyar tonun üzerinde üretilen çimento, küresel CO2 emisyonlarının yaklaşık %8'ini oluşturuyor ve dünyada en çok üretilen ürün olan betonun üretiminde anahtar bir rol oynuyor. Bu devasa sayılarla, bu etkiyi azaltmanın bir yolu var mı?
Çimento üretimi için kireç taşı, kil ve kum, 1.450°C'ye kadar ulaşan son derece sıcak fırınlarda ısıtılır. Bu işlem, çimento karışımının yaklaşık %10'unu oluşturan çökeltiyi oluşturur. Ardından, klinkere alçı taşı ve pozzolan gibi diğer katkı maddeleri karıştırılır. Çimento, beton karışımının yaklaşık %10'unu oluşturur. Diğer temel bileşenler ise kum, çakıl (grotesk ve ince agrega) ve su'dur. Çimento üretiminde, karbondioksit emisyonlarına neden olan iki ana süreç bulunmaktadır. Robbie M. Andrew'ın bir makalesine göre, birincisi ana çimento bileşeni olan klinkerin üretimindeki kimyasal reaksiyondur; burada karbonatlar (genellikle kireç taşında bulunan CaCO3 gibi) ısıtıldığında oksitlere (genellikle kireç, CaO gibi) ve CO2'ye ayrılır. İkinci kaynak ise ham malzemeleri 1.000°C'nin üzerinde ısıtmak için gereken önemli enerjiyi üretmek için fosil yakıtların kullanılmasıdır. Başka bir deyişle, beton üretimi sırasında büyük miktarlarda yakıt tüketilir (genellikle petrol koku, benzin veya doğal gaz gibi yenilenebilir olmayan kaynaklardan) ve karbonmonoksit gibi çeşitli kirletici gazlar salınır. Bu çalışmaya göre, "kalsinasyon kimyasal reaksiyonu, klinker üretim sürecindeki CO2 emisyonlarının yaklaşık %52'sinden sorumlu olup, enerji tüketimi geri kalanını oluşturur... Enerji tüketimi göz önüne alındığında, üretilen her 1.000 kg klinker için, klinker üretim sürecinde ortalama olarak yaklaşık 815 kg CO2 oluşur."
Evet, çimento üretiminin çoğunlukla klinker üretiminde gerçekleşen emisyonları azaltmak mümkündür. Başka malzemelerle değiştirilmesi, önemli bir fark yaratabilir. Tamamlayıcı çimento malzemeleri genellikle diğer endüstrilerin yan ürünleridir; çelik ve bakır üretiminden gelen cüruf, metal ergitme işlemlerinden kaynaklanan döküm kumları ve elektrik enerjisi üretiminden gelen uçucu kül, dip külü ve sentetik alçı gibi malzemeleri içerir. Bu malzemelerle klinkerin bir kısmı değiştirilerek betonun yeni özellikler kazanması mümkün olur, bu özellikler bazı durumlarda istenilebilirken, temelde CO2 emisyonlarını önemli ölçüde azaltma kabiliyeti gösterir. Başka bir olanak da binlerce yıldır bilinen çimento alternatifi olan volkanik kül kullanmaktır; bu, Yunanlılar ve Romalıların dayanıklı binalar inşa etmelerini sağlamış ve bu binaların bugüne kadar varlıklarını sürdürmelerine olanak tanımıştır. Kireç ve volkanik külü yaklaşık 900°C'ye kadar ısıtarak ve ardından deniz suyu ile karıştırarak son derece sağlam ve stabil bir malzeme elde edilebilir.
Ancak, yenilikler daha da ileri gidebilir. Örneğin, CarbonCure, karbondioksit emisyonlarını çok farklı bir şekilde azaltmayı amaçlıyor. Kanadalı bir girişim olan CarbonCure, CO2 Mineralization adını verdiği bir süreç geliştirmiştir. Bu süreç, karbondioksitin beton karışımına enjekte edilmesini içerir ve bu, çimentodaki kalsiyum iyonları ile reaksiyona girerek nano boyutlu bir mineral olan kalsiyum karbonatın oluşmasına neden olur. Bu mineral betona gömülüdür, bu da betonu daha dayanıklı hale getirir.
Solidia Tech, kireç taşının yerine karbondioksit salınımına neden olmayan ve ısıtma gerektirmeyen wollastonit mineralini içeren yeni bir çimento tarifi üzerinde denemeler yapmaktadır. Ayrıca, iyileşme süreci sırasında havadan karbondioksiti tuzlamak suretiyle negatif emisyonlu bir ürün elde eder. Solidia'nın çimento beton blokları, karışımda kullanılan her 1.000 kg çimento için yaklaşık 240 kg karbondioksiti yakalar. Bu, beton üretimi sırasında oluşan emisyon miktarının daha da azaltılmasına ilave olarak gerçekleşir.
BioMason, Portland çimentosu veya karbondioksit emisyonları olmadan beton üreten farklı bir yaklaşıma sahip Kuzey Carolina merkezli bir girişimdir. Portland çimentosu yerine kum ve çakılın birleştirilmesinde biyoçimento kullanılır. Geri dönüştürülmüş agrega malzemeleri, canlı bakteri mikropları ile birleştirilerek karbon ve kalsiyumun birleşimini tetikler ve ısıtma gerektirmez. Geleneksel beton 28 güne kadar sürebilirken, Biomason biocement®, büyümenin 72 saatten daha kısa bir sürede son direncine ulaşır. Son malzeme, yaklaşık olarak geri dönüştürülmüş kaynaklardan gelen granitin %85'i ve biyolojik olarak yetiştirilmiş kireç taşının %15'i içerir.
Mühendisler, Lancaster Üniversitesi'nden İngiltere'de, Cellucomp Ltd UK ile iş birliği yaparak, bitki kök liflerinden çıkarılan "nanoplateletlerin" beton karışımlarının performansını artırmak üzerine etkilerini inceledi. Araştırma, pancar veya havuç gibi sebzelerden yapılan kompozit bitki betonlarının, ticari olarak mevcut olan grafen ve karbon nanotüpler gibi tüm beton katkı maddelerine göre yapısal ve çevresel açıdan üstün bir performansa sahip olduğunu ve bunun çok daha düşük maliyetle gerçekleştiğini gösterdi. Bitki kompozit betonların potansiyeli, nanoplateletlerin beton karışımlarındaki hidrate kalsiyum silikat miktarını artırma kabiliyetinde yatar, ki bu da yapısal performansı kontrol eden ana madde olarak bilinir. Dolaylı etki, inşaat için daha az betonun gerekeceği anlamına gelir. Nanoplateler, betonda görülen çatlakların sayısını azaltarak ürün kalitesini artırabilir, korozyonu önlemeye yardımcı olabilir ve malzeme ömrünü uzatabilir. Çimento ve beton üretiminde emisyonları azaltma çözümleri arayan birçok şirketin olduğu birçok örnek vardır ve Akshat Rathi'nin bu konuda çok değerli bilgiler içeren makalesi, çoğunu kapsamaktadır.
İklim krizi acil çözümler gerektiriyor ve yavaş yavaş inşaat endüstrisi, değişime katkı sağlayabilecek daha fazla alternatif malzemeyi kabul etmeye başlıyor. Çimento ve betonun büyük önemi var ve bunların negatif etkilerini çevre için olumlu gelişmelere dönüştürmenin yolları mevcut. Ancak makale, betonu daha az kirletici bir malzeme haline getirmenin oldukça karmaşık bir görev olduğunu gösteriyor ve bu, araştırma için önemli ölçüde kaynak ve zaman gerektiriyor. Gelecekte, betonun inşaat endüstrisinde ana malzeme olarak kalmalı mı yoksa doğası gereği daha az kirlilik yaratan diğer malzemelerle değiştirilip karıştırılabilir mi düşünülmeye değer bir soru olabilir.