ساختمان سازی سبز و نقش بتن، فولاد و چوب برای تحقق آن! - نوای پرنده پارسی

جهت دریافت خدمات پتینه کار با گروه ساختمانی آبان در ارتباط باشید. هر گونه خدمات رنگ آمیزی با تکنیک های مدرن پتینه کاری را به ما بسپارید.

ساختمان سازی سبز و عاری از کربن

اولین بار باکمینستر فولر که به طراحی ساختمان های سبک وزن مشغول بود، این سؤال مشهور را بیان کرد: وزن ساختمان شما چقدر است؟. امروزه مهندسین معماری به این نتیجه رسیده اند که علاوه بر کفایت ساختار سازه، مقدار کربن به کار رفته در آن هم اهمیت زیادی دارد در نتیجه این سؤال مشهور بدین صورت تغییر کرده: وزن کربن ساختمان شما چقدر است؟.

همان گونه که هدف طرح انرژی کاربردی (operational energy) کاهش میزان کربن بوده است، بسیاری از مهندسین ساختمان سعی در کاهش یا از بین بردن آلودگی محیط زیست توسط گاز کربن دارند. مثلاً برای اولین بار در سال 2020 سازمان مهندسی بین المللی و موسسه مهندسی هوک (HOK) که یک موسسه آمریکایی فعال در زمینه طراحی و مهندسی شهرسازی است، سعی در آغاز انجام یک ارزیابی کلی چرخه زیستی روی تمامی پروژه های خود کردند تا به گفته خودشان دنبال فرصتی برای کارایی بهتر و بازده بیشتر در سازه های خود بگردند. مدیریت این طرح ها که برای پایداری هرچه بیشتر محیط زیست اجرا می شود، بر عهده موسسه معماری آمریکا (AIA) است.

بیشتر بخوانید: معماری پایدار چیست؟ از تاریخچه تا نمونه های شاخص در ایران و جهان

در خصوص نقش مصالح در ساختمان سازی سبز باید عنوان داشت که در این میان مطمئناً خود سازه و زیربنای آن اولین جاهایی هستند که برای فراوری آن ها مقادیر بزرگی کربن دی اکسید آزاد می شود؛ یعنی در واقع نصف مصالح ساختمانی که برای فراوری آن ها کربن دی اکسید زیادی فراوری می شود، صرف بنا نهادن زیر بنا و اسکلت ساختمان می شود.

علاوه بر این، معماران و بساز بفروشان بهتر است به جای تخریب ساختمان های قدیمی تا حد امکان اقدام به ترمیم و تعمیر آن ها نمایند چرا که این خود باعث ذخیره انرژی و پیشگیری از اتلاف آن می شود؛ در ثانی دیگر لازم نیست برای فراوری مصالح جدید کربن دی اکسید بیشتری فراوری شود. تا سال 2030 معماران می توانند با استفاده از پالت های هوشمند محاسبه نماینده کربن، ماشین حساب های مخصوص اندازه گیری مقادیر کربن سازه ها، اِی سی 3 (EC3) (دستگاهی که توسط انجمن سرکردگی کربن ابداع شده است)، آزمایشگاه های تغییر کربن و اسکانسکا برای تحقیق در خصوص اثرات مواد مختلف روی استحکام ساختمان های قدیمی یا تازه ساخت استفاده نمایند.

وقتی فلز، بتن و چوب را برای تعدیل وزن یک سازه در اختیار داشته باشید، باید برای انتخاب گزینه مناسب فاکتورهایی مثل مکان پروژه، اندازه و مقیاس سازه، مدت زمانی که برای عمر سازه انتظار می رود، قابلیت استفاده مجدد و حتی مقدار مصالح مورد احتیاج را در نظر بگیرید. امروزه همچنان که اطلاعات در خصوص مقادیر فراوری کربن در صنعت فراوری مصالح بیشتر شده است، شرکت های مختلف سعی در بهینه سازی محصولات خود کرده اند.

اگرچه که معماران نمی توانند به تنهایی این رویه مصرف محصولات با درصد کربن بالا را در هم بشنمایند، اما از آنجایی که در حکم مشاورین ساخت وساز هستند؛ می توانند نکات لازم را در این زمینه به مشتریان خود آموزش داده و از آن ها بخواهند در خصوص مصالح به کار برده شده تجدید نظر نمایند. قبل از اینکه نظر نهایی در خصوص مصالح گرفته شود، بهتر است بنای ساختمان و فروشندگان مصالح نیز در جلسات مشاوره ای شرکت نمایند.

فولاد و ساختمان سازی سبز

در خصوص نقش فولاد و فلزات در ساختمان سازی سبز باید خاطر نشان کرد که فراوری فلز در سراسر جهان اثرات به مراتب زیادی روی فراوری کربن دی اکسید دارد و تقریباً 10 درصد این گاز گلخانه ای در مراحل استخراج و ذوب کردن فولاد فراوری می شود. به گفته متیو ونبان اسمیت، مدیریت اجرایی سازمان بین المللی فولاد مسئول (Responsible steel) در استرالیا اشاره نموده است که شرکت های عمده فراوری نماینده فولاد از میزان فراوریات گاز کربن دی اکسید در فرآیند فراوری فولاد مطلع هستند و می دانند که این مقادیر کربن دی اکسید باید کاهش یابد و در حال حاضر تمام کوشش خود را در این زمینه به کار گرفته اند.

برای فراوری فولاد خالص از سنگ آهن مقدار قابل توجهی انرژی مورد احتیاج است. این فرآیند در غالب کشور های در حال پیشرفت در کوره های اکسیژنی (BOF) انجام می شود. این کوره ها با زغال سنگ خالص شده (کوک-coke) کار می نمایند که با حرارت دادن سنگ آهن، آهن را از ناخالصی ها جدا کرده و آن را با کربن ترکیب می نمایند. در این حالت آهن چدن (pig iron) به دست می آید که سپس غنی سازی شده و به فولاد خفیف (mild steel) تبدیل می شود. برای فراوری فولاد خفیف می توان از آهن بازیافتی استفاده کرد که و در واقع 25 درصد آهن بازیافتی با ضایعات فولاد ترکیب شده و به فولاد خفیف تبدیل می شود. امروزه فراوری نمایندگان به دنبال راهکارهایی برای حذف زغال سنگ و کوک در کوره های اکسیژنی هستند و به نظر می رسد سوخت های غیر فسیلی مثل هیدروژن و الکترولیز جایگزین بسیار خوبی باشند.

بیشتر بخوانید: لاستیک های بازیافت شده چگونه مقاومت حرارتی بتن را افزایش می دهند؟!

انستیتو فراوری فولاد آمریکا بیان می نماید که 98 درصد فولاد به کار رفته در ساختمان های قدیمی، در زمان تخریب ساختمان همچنان قابل استفاده هستند حال چه با تعمیر مختصر یا بازیافت آن. این خود گامی بزرگ در ساختمان سازی سبز است. همچنین مطابق مطالعات دیگری که توسط همین انستیتو در سال 2016 اعلام شده است، 93 درصد فولادی که داخل کوره های قوس الکتریکی (EAF) فراوری شده و در ساختن سازه ها از آن ها استفاده می شود، قابل بازیافت هستند.

لوک جانسون، مشاور انستیتو فراوری فولاد آمریکا اشاره می نماید از در یک اتومبیل گرفته تا انواع میلگردهای آهنی یا حتی یک یخچال کهنه که به صورت آهن قراضه به فروش می رسند توانایی تبدیل شدن به یک شاخه تیر فولادی را دارند که امروزه به انسان یاری می نماید آسمان خراش هایی با طول چند صد متر بسازد.

از آنجایی که کوره های قوس الکتریکی با انرژی الکتریسیته کار می نمایند، کاملاً دوست دار محیط زیست بوده و نسبت به کوره های اکسیسژنی بازده بهتری دارند. ماه سپتامبر گذشته یکی از شعب کارخانه های شرکت روسی اِوراز در ایالت کلورادو آمریکا با اداره برق محلی توافق کرد که در حوالی کارخانه یک شبکه متوالی از پنل های خورشیدی کار بگذارد.

توان این شبکه خورشیدی 240 مگاوات تقریب زده شده است که در واقع درصد زیادی از انرژی برق مورد احتیاج کارخانه را به تنهایی تأمین می نماید. همچنین شرکت فولاد سازی نیوکور در ایالت میزوری در حال ساخت یک کارخانه به ارزش مالی 250 میلیون دلار است که تمام الکتریسیته مورد احتیاج آن به وسیله باد تأمین می شود و پروژه های بسیاری از این دست در جهت جایگزین کردن منابع تجدید پذیر با سوخت های فسیلی برای کاهش فراوری مقادیر دی اکسید کربن در دست انجام است.

سازمان بین المللی فولاد به تازگی اولین نسخه از استاندارد های جدید خود را اعلام کرده است. رعایت این استاندارد ها برای شرکت های مختلف اختیاری بوده و در واقع معیاری است برای سنجش مسئولیت پذیری شرکت های فولاد سازی در جهت حفظ محیط زیست که با مشارکت شرکت های فولاد سازی مثل آرسِلومیتال (ArcelorMittal) و سازمان های حفاظت از محیط زیست مثل زمین توانا (Mighty Earth) اعمال می شود. گواهی که در این زمینه صادر می شود از جانب هیئت های شخص ثالث بوده و وظیفه آنالیز و تائید عملکرد استاندارد به عهده ارگان های مستقل است.

بیشتر بخوانید: تقویت بتن با استفاده از پرتوهای گاما و پلاستیک های پودر شده!

وبنان اسمیت که نقش مؤثری در طراحی استاندارد های حفاظت از محیط زیست در مقابل فراوریات فولاد داشت می خواهد که فولاد به یکی از پاک ت ین مصالح موجود تبدیل شود و اشاره می نماید زمانی چرخه مالی فولاد کامل شده و به درستی کار می نماید که عوارض و اثرات کوره های قوس الکتریکی تماماً از بین رفته و انرژی مورد استفاده آن ها کاملاً پاک باشد. اگر این رویه بشری دست یافتنی باشد، بدیهی است که اولین بار در کشور های توسعه یافته جامه عمل خواهید پوشید چراکه این کشور ها مقادیر بسیاری ضایعات دارند که می توانند با بازیافت کردن صحیح و اصولی قسمت قابل توجهی از احتیاج خود به فولاد را جبران نمایند.

بتن و ساختمان سازی پاک

بتن جزء پرمصرف تر ین مصالح است که تقریباً در سراسر جهان به کار برده می شود. مصرف بیش از حد بتن و تقاضا جامعه بشری، آن را به یکی از عوامل اصلی آلودگی هوا مبدل کرده و تقریباً 6 الی 11 درصد کل کربن دی اکسید فراوری شده در کره زمین مربوط به صنایع و کارخانه های بتن سازی است. بیشتر کربن دی اکسید فراوری شده مربوط به آماده سازی مواد اولیه برای فراوری بتن است مثل سیمان پرتلند که به طور متوسط 10 درصد کل وزن بتن را تشکیل می دهد. مقدار انرژی مصرف شده برای فراوری سنگ دانه (ترکیب خاک و سنگ خرد شده که تقریباً به طور متوسط 70 الی 80 درصد بتن را تشکیل می دهند) به مراتب کمتر است. استخراج خاک ممکن است باعث آسیب بستر رود ها و اکوسیستم های ساحلی شود.

تقریباً نصف آلودگی کربن دی اکسید فراوری شده حین فراوری سیمان، به دلیل استفاده از سوخت های فسیلی برای حرارت دادن و گرم کردن کوره های سیمان تا 2500 درجه فارنهایت است. نمونه های اولیه کارخانه های پاک که تمام انرژی خود را از نور خورشید می گیرند احداث شده اند. شرکت هِلیوژِن (Heliogen) کالیفرنیا و سولپارت (Solpart) فرانسه پیروز شده اند نور خورشید را با استفاده از آینه های بزرگ در یک نقطه متمرکز کرده و کوره های سیمان را تا دمای 1800 درجه فارنهایت حرارت دهند.

البته مقادیر عمده کربن دی اکسید آزاد شده در هوا به دلیل ماهیت سیمان و واکنش های شیمیایی انجام گرفته داخل آن است. مثلاً در واکنشی به نام کلسیناسیون (تکلیس)، سنگ آهنگ تحت حرارت بالا به کربن دی اکسید و آهک زنده (quicklime) تبدیل می شود. کربن دی اکسید حاصل از این آزمایش وارد هوا شده و آهک زنده برای فراوری سیمان مورد استفاده قرار می گیرد.

بیشتر بخوانید: بتن هوشمند چیست؟ معرفی انواع بتن هوشمند و کاربردهای آن ها

برخی از شرکت های فراوری نماینده اعم از شرکت کانادایی دارتموث (Dartmouth)، شرکت کربن کیور (Carbon Cure)، شرکت لوس گاتوس (Los Gatos) و شرکت کالیفرنیایی سیاره آبی (Blue Planet) سعی در جدا کردن کربن دی اکسید آزاد شده در زمان فراوری بتن دارند. فرآیند های اجرا شده توسط این شرکت ها اگرچه تا به امروز در جذب کامل کربن دی اکسید فراوری شده ناتوان بوده اند اما مقادیر قابل توجهی از آلاینده ها در زمان فراوری بتن را به دام می اندازند.

در حال حاضر مطابق شواهد به دست آمده از پالت های اندازه گیری کربن، راحت ترین روش برای کاهش کربن دی اکسید فراوری شده در صنایع بتن سازی، استفاده از مقادیر کمتر سیمان است. ماده ای که به آن سیمان مخلوط می گویند از سنگ آهک تکلیس نشده و چند نوع ماده مکمل سیمانی (SCM ها) به جای کلینکر استفاده می شود. کلینکر در واقع گلوله های دایره ای سنگی هستند که داخل کوره شکل می گیرند و برای فراوری سیمان به کار برده می شوند. همچنین مواردی مثل اضافه کردن پازولان (یک نوع خاکستر بیرون آمده از دهانه آتش فشان با دانه های ریز) طبیعی مثل خاکستر پوسته برنج و فراوریات جانبی صنعتی مثل خاکستر بادی، سرباره آهن گدازی و فوم سیلیسی و به کار بردن مکمل های سیمانی (SCM ها) علاوه بر افزایش کیفیت و استحکام بتن، نقش مهمی در کاهش کربن فراوری شده دارند.

جولی بوفنبارگر دانشمند ارشد و سرپرست بخش پایداری محیط زیست شرکت مشاوران معماری بیتون (Beton) ایالت مینسوتا آمریکا معتقد است که آمریکا در استفاده از سیمان مخلوط به اندازه اروپا خوب عمل نکرده است. همچنین اشاره نمود استفاده از مواد خاص می تواند نقش بسیار مهمی در بهبود کیفیت بتن داشته باشد اما پیچیدن نسخه در خصوص میزان دقیق ترکیبات، فراوری بتن را با مشکل روبرو می نماید. او پیشنهاد می نماید برای تعیین میزان دقیق مواد مورد استفاده از بتن، دسته هایی از انواع بتن با سختی های مختلف تعیین شود تا کارخانه ها بتوانند انواع مختلف آن را فراوری نمایند.

این نکته را نیز در نظر داشته باشید که مکمل های سیمانی زمان رسیدن به استاندارد های استحکام را نیز بیشتر می نمایند. در زمان فراوری یک نوع بتن خاص باید این سؤال ها مطرح شود.

• آیا می توان مقدار سیمان موجود در ترکیبات بتن را کاهش داد؟
• آیا می توان مقدار بتن به کار رفته برای ساخت سازه را کاهش دارد؟
• کدام کوره سیمان قابل دسترس، کمترین میزان انرژی را مصرف می نماید؟
• از کدام تکنیک و روش می توان برای کاهش کربن آزاد شده در هوا استفاده کرد؟

چوب و ساختمان سازی سبز

بدون شک چوب می تواند یکی از بهترین مصالح برای ساختمان سازی سبز باشد. نوآوری هایی که در زمینه فراوری مصالح چوبی و خصوصاً صفحات چوبی مهندسی شده اعم از چوب های چند لایه متقاطع، صفحات چند لایه چوب متصل شده با چسب، میخ یا پرچ ساختن خانه در مقیاس های وسیع با کمترین میزان آلودگی هوا را به امری کاملاً قابل دسترس تبدیل کرده اند. تجزیه و تحلیل های صنعتی نشان می دهند میزان کربن دی اکسیدی که نهال های کاشته شده بعد از قطع درختان در زمان رشد خود جذب می نمایند از کل کربن دی اکسیدی که در زمان بریده شدن درختان تا حمل و نقل و استفاده آن ها به عنوان مصالح ساختمانی فراوری می شود بیشتر است.

تقاضای بسیار برای چوب می تواند به نابودی قسمت زیادی از درختان و جنگل ها دامن بزند که این خود اهمیت کاشت نهال برای جایگزین کردن درخت ها قطع شده را پررنگ تر می نماید. لندرینو یکی از کارشناسان شرکت هوک معتقد است ما باید جنگل هایی که نابود می کنیم را ترمیم نماییم و ساخت وساز با مصالح چوبی باید محدود به مناطقی باشد که امکان استخراج الوار وجود دارد.

بیشتر بخوانید: آغاز ساخت بزرگ ترین و اولین استادیوم چوبی جهان با طراحی زاها حدید

صفحات مهندسی شده چوب می توانند جایگزین خوبی برای اسکلت های فولادی و پانل های بتنی که در کف ساختمان های تجاری قرار می گیرند باشند. همچنین می توان به جای گذاشتن وزن ساختمان روی ستون های بتنی و فولادی، از گلولام ها (الوار های چند لایه چسبی) به عنوان ستون در ساختمان های با ارتفاع های مختلف استفاده کرد. این الوار ها علاوه بر اینکه در مقابل حریق مقاوم هستند، مدت زمان کمتری برای نصب آن ها صرف می شود. به گفته کنت بلاند، یکی از معاونین انجمن چوب آمریکا از همان روزی که الوارهای چوب نصب شده و در قاب طراحی شده جای بگیرند، تمام بار کاری که برایشان تعیین شده را بر دوش می کشند.

آیا مصرف چوب در ساخت وساز به محیط زیست یاری می نماید؟

در خصوص نقش چوب در ساختمان سازی پاک و سبز باید عنوان داشت که مطابق یافته های دپارتمان کشاورزی ایالات متحده، حجم کلی درخت های موجود در این کشور از سال 1953 تقریباً 60 درصد بیشتر شده است. در صورتی که مهندسی خانه های چوبی اشاعه داده شود، طبیعتاً تقاضا برای چوب بسیار بیشتر خواهد شد. در این حالت مدیریت فراوری الوار امری بسیار حیاتی بوده و باید با کاشت نهال به تعداد درخت های قطع شده از نابودی جنگل ها پیشگیری کرد. از طرفی نیز درخت های مختلف مقادیر کربن دی اکسید متفاوتی جذب می نمایند به همین دلیل مدیریت اینکه فراوری الوار از کدام جنگل ها و کدام درختان صورت بگیرد نیز حائز اهمیت است.

مقادیر کربن فراوری شده در زمان قطع، پردازش و انتقال الوار ها هنوز به طور دقیق تعیین نیست و انجام تحقیقاتی در این زمینه ضروری به نظر می رسد. میانگین رسوب دهی الکتروفورتیک جدید برای فراوریات صنایع چوبی و الوار در چهار ماهه اول سال 2020 اعلام می شود که شفافیت و دقت شرکت های فراوری نماینده محصولات و مصالح چوبی در این زمینه بسیار مهم است. البته باید دقت شود علاوه بر کربن آزاد شده در زمان قطع و حمل ونقل درخت، کاهش حجم درختان جنگل خود منجر به افزایش مقادیر کربن دی اکسید موجود در جو می شود و از طرفی نیز، کارخانه های فراوری نماینده رزین ها و چسب های مورد احتیاج برای تهیه صفحات بزرگ چوبی نیز مقادیری کربن دی اکسید فراوری می نمایند.

در سرانجام در خصوص ساختمان سازی سبز، این نکته را نیز اضافه کنیم که مزیت چوب در ذخیره کربن در ساختار خودش، تنها زمانی صدق می نماید که تیرچه ها و صفحات چوبی تا مدت زمان زیادی دوام بیاورند چراکه در صورت تجزیه، کربن موجود در چوب دوباره وارد جو می شود. بدین منظور مصالح چوبی باید با استفاده از مواد عایق در مقابل رطوبت، حشرات و قارچ ها مقاوم باشند. علاوه بر این خانه های چوبی نباید صدا بدهند و ظاهری زیبا و مناسب داشته باشند. همچنین برای اینکه الوار ها و صفحات قابلیت استفاده مجدد را داشته باشند، باید قطعات آن ها به راحتی از یکدیگر جدا شوند.