مصدر: АrсhDаilу
من النفايات الزراعية إلى الهياكل المستدامة: الخرسانة المصنوعة من قصب السكر
كان إيجاد حلول فعالة وقيمة لإدارة المخلفات الزراعية تحديًا ملهمًا للباحثين. غالبًا ما يتم توجيه المنتجات الثانوية من الزراعة الأحادية ، مثل بقايا إنتاج فول الصويا وكيزان الذرة والقش وبذور عباد الشمس والسليلوز ، إلى سماد التربة أو استخدامها كعلف للحيوانات أو حتى تحويلها إلى طاقة لتقليل النفايات والتخفيف من البيئة. الآثار المرتبطة بالأنشطة الزراعية. ينتج عن إنتاج قصب السكر ، على سبيل المثال ، كمية كبيرة من النفايات ، يبلغ مجموعها حوالي 600 مليون طن من نفايات ألياف تفل قصب السكر من إنتاج سنوي يبلغ ملياري طن من قصب السكر. هذه النفايات لديها إمكانات واعدة لاستبدال أنظمة البناء كثيفة الاستهلاك للطاقة ، مثل الخرسانة والطوب ، من خلال توفير مواد البناء التي تجمع بين الاستدامة والكفاءة الهيكلية.
مع وضع هذا المنظور في الاعتبار ، طورت جامعة شرق لندن (UEL) ، بالشراكة مع Grimshaw Architects والشركة المصنعة Tate & Lyle Sugar ، مادة بناء مبتكرة تسمى Sugarcrete ™. الهدف من المشروع هو استكشاف حلول البناء المستدامة من خلال إعادة تدوير النفايات البيولوجية من قصب السكر ، والتي بدورها تقلل من انبعاثات الكربون في صناعة البناء – كل ذلك مع إعطاء الأولوية للاستدامة الاجتماعية والبيئية أثناء إنتاج وتنفيذ مواد البناء هذه.
يقول Armor Gutierrez Rivas ، أستاذ الهندسة المعمارية الأول: “يتمثل الابتكار الرئيسي لـ Sugarcrete ™ في تحدي المفهوم الخاطئ الراسخ بأن أداء المواد الحيوية منخفض الأداء وإنشاء مادة ذات قوة هيكلية كافية لتكون ذات دعم ذاتي”. كما يوضح ، “بدأ المشروع كجزء من بحث مستنير من خلال التدريس الذي تم إجراؤه كجزء من ماجستير الهندسة المعمارية في جامعة شرق لندن (UEL) ، والذي يهتم باستخدام حلول البناء المبتكرة التي تعالج القضايا المحلية. أثناء العمل في مقترحات إعادة التطوير في سيلفر تاون في رويال دوكس ، انخرطنا في النسيج الصناعي الحالي في المنطقة وبدأنا في النظر إلى المنتجات الثانوية كبدائل للبناء ، بما في ذلك المنتجات الثانوية من إنتاج السكر في Tate & Lyle. تم اختبار الاستكشافات الأولية وتحسينها باستخدام أحدث مرافقنا في معهد أبحاث الاستدامة (SRI) وتم تنفيذه لاحقًا باسم Sugarcrete ™ Slab في شراكة إبداعية مع مهندسين معماريين من Grimshaw ومهندسين من AKT II. “
بشكل أساسي ، يتم إنشاء Sugarcrete ™ من خلال الجمع بين تفل قصب السكر والمربعات المعدنية. المنتج النهائي أخف من الطوب التقليدي وله فقط 15-20٪ من البصمة الكربونية. باستخدام جزء بسيط من 30٪ من الإنتاج العالمي لتفل قصب السكر ، سيكون لدى Sugarcrete ™ القدرة على استبدال صناعة الطوب التقليدية بالكامل ، مما يؤدي إلى توفير 1.08 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون (ما يعادل 3٪ من إنتاج ثاني أكسيد الكربون العالمي). يتمتع قصب السكر بمعدل نمو سريع وهو أكثر كفاءة بنسبة تصل إلى 50 مرة من الغابات عندما يتعلق الأمر بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كتلة حيوية ، مما يجعله مادة ذات أولوية عالية لتحقيق صافي انبعاثات صفرية. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع المادة بخصائص هيكلية جيدة وهي عازلة ومقاومة للحريق وسهلة الاستخدام مع العمالة غير الماهرة ولديها سلسلة إمداد مبسطة نظرًا لتكوينها البسيط.
وفقًا لمداد عياتي ، زميل باحث في معهد أبحاث الاستدامة في UEL ، فإن “عملية إنتاج Sugarcrete ™ بسيطة جدًا وتشبه تصنيع بلوكات الخرسانة التقليدية. وهي تتضمن تناسقًا مع المواد وخلطها وصبها وتجفيفها / علاجها. مكونات الرابطة معدنية قائم ومتوفر على نطاق واسع في الأماكن التي توجد بها صناعة سكر راسخة. مثل مواد البناء الأخرى ، ترتبط تحديات الإنتاج على نطاق واسع بالتنوع في المواد الأولية الخام من حيث محتوى الرطوبة ، وحجم الجسيمات ، والشوائب غير المرغوب فيها ، وما إلى ذلك. “
قام فريق التطوير ، بالتعاون مع شركة الهندسة المعمارية العالمية Grimshaw ، بدمج مفهوم الهندسة المتشابكة لاستكشاف إمكانيات جديدة لتطبيق المنتج. تم اختراع الطريقة المتشابكة وحصولها على براءة اختراع في عام 1699 من قبل المهندس الفرنسي جوزيف أبيل ، وقد تمت إعادة النظر في الطريقة المتشابكة بواسطة Amédée François Frézier في عام 1739 وبواسطة Truchet’s Traité de Stéréotomie في عام 1737. تم تطويرها لاحقًا في القرن الحادي والعشرين من قبل فرق بحث مختلفة ، بما في ذلك Yuri Estrin ، Arcady ديسكين وجوزيبي فالاكارا. مايكل وايزمان والمهندسين المعماريين AAU Anastas جنبًا إلى جنب مع المهندس Maurizio Brocato. تم تطبيق المفهوم على Sugarcrete لإنشاء ألواح أرضية مركبة قابلة للفك وإعادة الاستخدام ومقاومة للحريق ، يشار إليها باسم “ألواح الخرسانة المصنوعة من السكر”. هذه جزء من سلسلة من النماذج الأولية التي تهدف إلى تطوير حلول بناء مبتكرة يمكن تنفيذها أو تفكيكها أو توسيعها في الهياكل الجديدة والقائمة.
يستخدم المشروع نظامًا متشابكًا كمجموعة من الأجزاء التي تسمح ببناء الهياكل الكبيرة باستخدام مكونات صغيرة منفصلة دون الحاجة إلى ملاط. نظرًا لشبكة المعاملة بالمثل والقوة الموزعة ، فإن هذا النظام يتفوق على التجميعات التقليدية المتجانسة. يتم استخدام عملية الصب لتقليل نفايات المواد والسماح بإعادة استخدام قوالب الصب والإنتاج الضخم المبسط ، بالإضافة إلى فرص التصميم للتصنيع والتجميع (DfMA).
وفقًا لإيلينا شيلوفا ، المهندس المعماري ، ومدير Grimshaw & Andy Watts لتكنولوجيا التصميم ، استخدم المشروع سلسلة أدوات رقمية كاملة للتصنيع ودمج حساب المواد والتصميم البارامترى والتصنيع الآلي. بدأت العملية بإدخال خصائص المواد في أداة تحليل الكربون الرقمية لتقييم البصمة ذات الصلة. ثم تم استخدام نموذج توليدي لتحويل أنماط ثنائية الأبعاد إلى أشكال هندسية ثلاثية الأبعاد للمكونات المترابطة. باستخدام ذراع آلية من 6 محاور ، أنشأ النموذج الرقمي مسارات أدوات لتصنيع القوالب (بعد المعالجة والمسح ثلاثي الأبعاد ، تم دمج أي انحرافات في المكونات في النموذج الرقمي). تم استخدام مجموعة مساعدة الواقع المعزز لاختبار تسلسل البناء ، مما أدى إلى تجميع على نطاق واسع. بعد التجميع ، تم مسح العنصر المعماري ثلاثي الأبعاد مرة أخرى للمعايرة. تتيح سلسلة الأدوات الرقمية هذه إنشاء نظام مجموعة أجزاء مرن وقابل للتخصيص باستخدام هذه المادة المستدامة ، ودمج العالمين الرقمي والمادي واعتماد الخصائص الفريدة للمواد الطبيعية. كما تشير إلينا ، “نعتقد أن التكنولوجيا يمكنها أن تفعل ذلك تمامًا: نشر مادة طبيعية ، مع تفاوتها ونقصها وطبيعتها المتقنة من خلال قوة التصميم الحسابي والتصنيع المتقدم. وفي المقابل ، من خلال تمكين المواد المحلية ، يمكننا تمكين الناس والمجتمع المحلي أيضًا: لأن التقدم التكنولوجي لا ينبغي أن يقتصر على العمارة المصنوعة من الزجاج والخرسانة باهظة الثمن “.
تم نشر بحث Sugarcrete ™ عن قصد دون الحصول على براءة اختراع لتشجيع المنتجين المحليين على اعتماد المادة وتقليل استخدام الأسمنت. كما صرح آلان تشاندلر ، المدير المشارك لمعهد أبحاث الاستدامة في UEL ، “بالشراكة مع Tate & Lyle Sugars ، أجرينا عمليات بحث براءات الاختراع وحددنا مكان تسجيل براءة اختراع تفل قصب السكر في تطوير مواد البناء وما هو نطاق عملياتنا. لقد استنتجنا أن لدينا كان العمل أصليًا ، ويمكننا تقديم براءة اختراع ، لكننا قررنا بشكل جماعي عدم القيام بذلك. كان هذا في المقام الأول يتعلق بالرغبة في مشاركة رؤيتنا مع مجتمعات المنتجين في الجنوب العالمي ، بدلاً من التحكم فيها. كان قرارنا بعدم منح براءة اختراع أخلاقيًا. من المالية “.
في الواقع ، كانت الاعتبارات الأخلاقية المتعلقة بالابتكار وسلسلة التوريد أساسية في تصميم المشروع ، والذي يهدف إلى إنشاء سلاسل توريد قابلة للحياة وعادلة وقوية تضمن نتائج عادلة لكل من المنتجين والمستخدمين. من خلال القيام بذلك ، فإنه لا يهدف إلى معالجة الحد من الكربون فحسب ، بل أيضًا الاستدامة الاجتماعية والبيئية. قام الفريق أيضًا بتحديد المواقع في مناطق إنتاج السكر في الجنوب العالمي لتوسيع فرص التنفيذ وخططه لاختبار النموذج الأولي في سيناريوهات العالم الحقيقي قريبًا.
من خلال التطوير الدقيق والواعي ، يجلب لنا Sugarcrete السيناريو المستقبلي لصناعة البناء ، التي يكون تأثيرها البيئي السلبي كبيرًا ويتطلب إجراءات فعالة (وسريعة). كما يوضح آلان تشاندلر ، “يجب أن تصمم روح ابتكار المواد لمعالجة أزمة المناخ سلسلة التوريد بالإضافة إلى مواصفات الأداء. ويحتل الكربون أعلى القائمة ؛ ويجب أن نذكر أيضًا السمية فيما يتعلق بالصحة والسلامة في البناء العمليات. بدأ استخدام تفل قصب السكر وغيره من المنتجات البيولوجية سريعة النمو بالاقتران مع مواد رابطة معدنية خاملة ، ليس فقط لطبقات العزل ولكن أيضًا للهيكل ، في القضاء على خطوط الإنتاج الخبيثة كيميائياً والوقود الأحفوري من مواقع البناء. وهذا يعالج بشكل مباشر أولويات السلامة المنصوص عليها في قانون سلامة المباني أثناء مراحل التصنيع والتشييد والهدم وإعادة الاستخدام والتخلص “. واختتمت إيلينا شيلوفا بالقول: “بالنظر إلى الصناعات ، يمكننا أن نجد العديد من الفرص للمواد المحلية والمستدامة والمنتجات الثانوية الصناعية / الزراعية غير المستخدمة. وهذه المواد ، التي قد لا تبدو براقة وأنيقة ، هي التقنية العالية الجديدة في الوجه في حالة الطوارئ المناخية. تدعو حالة الطوارئ المناخية إلى لغة معمارية جديدة لمواد مثل Sugarcrete ™ ، لاحتضان إمكاناتها حقًا والاحتفاء بها ، دون تلبيسها وإخفائها للحصول على مظهر “حديث”. هذه اللغة المعمارية الجديدة والتغيير في العقلية سوف تجعل المواد الطبيعية جذابة للعملاء في نهاية المطاف ، مما يؤدي إلى زيادة الطلب وخفض الأسعار بسبب وفورات الحجم “.
أدى الاعتراف بنهج Sugarcrete ™ المبتكر في البناء المستدام إلى ترشيحها لجائزة Earthshot لهذا العام ، والمعروفة باسم أكبر جائزة عالمية للبيئة ، والتي تحتفي بالحلول المبتكرة التي لها تأثير إيجابي على الكوكب. لمتابعة تقدم المشروع ولمزيد من المعلومات قم بزيارة الموقع الرسمي.
مصدر: АrсhDаilу
