تعد الخرسانة الركيزة الأساسية في قطاع البناء العالمي، إلا أن إنتاج الأسمنت المكون الرئيسي لها يمثل تحدياً بيئياً كبيراً نظراً لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن عمليات التصنيع كثيفة الطاقة. وفي سعي علمي لإيجاد بدائل مستدامة، نجح فريق من الباحثين بقيادة المهندس المدني راغوفيش تيواري من جامعة مانيبال في الهند، في ابتكار طريقة واعدة لاستخدام الفحم الحيوي المستخلص من حمأة الصرف الصحي كبديل جزئي للأسمنت.

من معالجة الفضلات إلى مواد البناء

اعتمد الباحثون في دراستهم، التي نُشرت في مجلة Scientific Reports، على تحويل حمأة الصرف الصحي إلى فحم حيوي عبر تسخينها في بيئة منخفضة الأكسجين عند درجات حرارة تتراوح بين 350 و450 درجة مئوية. وبعد معالجة الحمأة وتجفيفها وطحنها، تم الحصول على مسحوق ناعم استُخدم كبديل للأسمنت بنسب متفاوتة (5%، 10%، و15%) في خلطات الخرسانة.

نتائج مذهلة في اختبارات الأداء

أظهرت النتائج المخبرية أن استبدال الأسمنت بالفحم الحيوي بنسب محددة أدى إلى تحسينات جوهرية في خصائص الخرسانة:

• عند نسبة 5%: ارتفعت مقاومة الضغط بنسبة 20% ومقاومة الانحناء بنسبة 36% بعد 91 يوماً من المعالجة.
• عند نسبة 10%: سجلت الخرسانة زيادة بنسبة 21% في مقاومة الضغط و42% في مقاومة الانحناء.
• الأداء الفيزيائي: تميزت الخلطات بنسبة 5% بامتصاص أقل للمياه ومسامية أقل مقارنة بالخرسانة التقليدية، مما يعزز من متانتها.

بالمقابل، أشارت الدراسة إلى أن رفع نسبة الاستبدال إلى 15% أدى إلى تراجع في الأداء الإجمالي للخرسانة، نتيجة ظهور مسام وشقوق داخل البنية المجهرية للمادة.

آليات تعزيز القوة

يعزو الباحثون هذا التحسن في الخصائص إلى طبيعة الفحم الحيوي المسامية، التي تعمل كمخزن للمياه، حيث يطلقها تدريجياً لدعم تفاعلات الأسمنت الكيميائية. كما يلعب محتوى الفحم الحيوي من السيليكا دوراً حيوياً عبر التفاعلات البوزولانية التي تزيد من كثافة وتماسك الخرسانة، بالإضافة إلى قدرة الجزيئات الدقيقة على ملء الفراغات داخل الخلطة.

آفاق مستقبلية وتحديات

على الرغم من النتائج المشجعة، يؤكد الفريق البحثي أن التقنية لا تزال في مراحلها الأولية، حيث تتطلب مزيداً من الاختبارات للتحقق من:

• أداء الخرسانة في الظروف المناخية القاسية كالتجمد والملوحة.
• استقرار المعادن الثقيلة المحتمل وجودها في حمأة الصرف الصحي وضمان عدم تسربها للبيئة.
• الأثر البيئي الكلي ومعدلات خفض انبعاثات الكربون الناتجة عن هذه العملية مقارنة بالطرق التقليدية.