خليط الخرسانة المستدام: رماد الأعشاب البحرية يقلل انبعاثات الكربون بـ21% دون المساومة على القوة

العالم الحديث مبني بالخرسانة. يستخدم البشر أكثر من أي مادة أخرى سنويًا باستثناء الماء، مما يجعل الخرسانة أساس البنية التحتية الحديثة. ومع ذلك، فإن الأسمنت، وهو المكون الرئيسي للخرسانة، يعد مصدرًا لنسبة تتراوح بين 8 إلى 10 في المئة من جميع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عالميًا. لمعالجة هذه المشكلة، طور باحثون من جامعة واشنطن وميكروسوفت نوعًا جديدًا من الخرسانة ذات الانبعاثات المنخفضة عن طريق خلط الأسمنت بمسحوق الطحالب البحرية المجففة. أظهر الأسمنت المعزز بالطحالب البحرية أنه يقلل من إمكانية تغير المناخ بنسبة 21 في المئة مع الحفاظ على قوته. كما ساعدت نماذج التعلم الآلي فريق البحث على الوصول إلى هذا الصيغة الجديدة في وقت أقل بكثير مما كان يتطلبه العمل العادي. "الأسمنت موجود في كل مكان، فهو العمود الفقري للبنية التحتية الحديثة، ولكنه يأتي مع تكلفة مناخية هائلة"، قال المؤلف الرئيسي للبحث، البروفيسورة إليفثريا رويمي، أستاذة مساعدة في علوم وهندسة المواد في جامعة واشنطن. "ما يجعل هذا العمل مثيرًا للإعجاب هو أننا نوضح كيف يمكن دمج مادة كربونية متوفرة وفوتوسنتيتيك مثل الطحالب الخضراء في الأسمنت لخفض الانبعاثات، دون الحاجة إلى معالجة مكلفة أو التضحية بالأداء." إنتاج كيلوجرام واحد من الأسمنت ينتج حوالي كيلوجرام واحد من ثاني أكسيد الكربون. تأتي معظم هذه الانبعاثات من الوقود الأحفوري المستخدم لتسخين المواد الخام ومن رد فعل كيميائي يسمى التحلل الحراري، والذي يحدث أثناء عملية الإنتاج. على الجانب الآخر، تعتبر الطحالب البحرية حوضًا للثاني أكسيد الكربون: فهي تسحب الكربون من الهواء وتخزنه أثناء نموها. ويمكن لـ الطحالب البحرية أن تستبدل بعض الأسمنت في الخرسانة مباشرةً، مما يقلل بشكل كبير من بصمة الكربون للمنتج النهائي. كان من المتوقع أن يستغرق الوصول إلى الخلطة المثلى للمواد خمس سنوات من التجارب والخطأ، حيث يتطلب الأمر حوالي شهر ليتم شفاء عينة الخرسانة بشكل كامل قبل تقييم خصائصها بدقة. لتسريع العملية، قام الفريق ببناء نموذج تعلم آلي مخصص وتدريبه على مجموعة أولية من 24 صيغة للأسمنت. ثم استخدموا النموذج لتنبؤ الخلطات المثلى التي يجب اختبارها في المختبر. عن طريق إدخال نتائج هذه الاختبارات مرة أخرى إلى النموذج، تمكّن الفريق من العمل بالتوازي مع النموذج والانتقال سريعًا بين الصيغ. النتيجة كانت خلطة مثلى للأسمنت المعزز بالطحالب البحرية التي تتميز ببصمة كربونية منخفضة ونجحت في اختبارات القوة الضاغطة، وذلك خلال 28 يومًا فقط. "كان التعلم الآلي حاسمًا في المساعدة على تقليل الوقت بشكل كبير، وهذا مهم بشكل خاص هنا لأننا نقدم مادة جديدة تمامًا في الأسمنت"، قالت رويمي. من هنا، يخطط الفريق لتعميق فهمه لكيفية تأثير تركيب الطحالب البحرية وبنائها على أداء الأسمنت. الهدف الأكبر هو تعميم العمل على أنواع مختلفة من الطحالب (أو حتى النفايات الغذائية) بحيث يمكن للمنتجين إنشاء بدائل محلية ومستدامة للأسمنت حول العالم واستخدام التعلم الآلي لتحسينها بسرعة. "من خلال الجمع بين المواد الطبيعية مثل الطحالب وال أدوات البيانات الحديثة، يمكننا توطين الإنتاج، تقليل الانبعاثات، والتحرك بسرعة نحو بنية تحتية أكثر اخضرارًا"، قالت رويمي. "إنها خطوة مثيرة نحو جيل جديد من مواد البناء المستدامة."