Daha İyi Bir Gelecek İçin Yapı Taşları

Döngüsel ekonomide on yıldan fazla çalışıp, şaşırtıcı bir gerçeği fark ettim: AB’de her yıl 500 milyon ton inşaat atığı üretiliyor. Miktar olarak bakıldığında tüm Hollanda’yı doldurmaya yetecek kadar atık demek. Bu durum daha yeşil inşaat yöntemleri ve çevre dostu malzemeler bulmam için beni motive etti. Çözümlerden biri, 3D beton baskı (3DCP) adı verilen yükselen bir eğilim. Eklemeli imalat ve dijital imalat dâhil olmak üzere çeşitli isimler var. Beton 3D baskı, katman katman ekstrüzyon yoluyla elde edilir. Bu, yarının yeniliklerini formüle etmek için kimyagerler, yazılım geliştiriciler, tasarımcılar, yapı mühendisleri, otomasyon uzmanları ve en önemlisi yaratıcı vizyonerler gibi birden çok alanı bir araya getiren benzersiz bir alandır.

Döngüsel ekonominin bu yeni alanda da uygulanması gerekiyor. Genel olarak 3D beton, çimento, agrega, su ve katkılardan oluşur. Prensip olarak, bu bileşenlerin ikincil ham maddelerle ikame edilmesi eninde sonunda mümkün olacaktır. Bununla birlikte, çoğu ticari 3D beton, herhangi bir endüstriyel yan ürün kullanmaz, ancak büyük bir potansiyel vardır. OPC (Ordinary Portland Cement – Normal Portland Çimentosu) en çok kullanılan bağlayıcıdır, agrega olarak 2mm ebadına kadar ince kum kullanılmaktadır.

Avrupa İnovasyon Konseyi (EISMEA) tarafından ortak finanse edilen 3DGREEN-CON konsorsiyumu ve AR-GE projesinde, Finlandiya’nın endüstriyel olarak ilk yeşil 3D betonunu geliştirdik. Çevre dostu doğası, geri dönüştürülmüş agrega ikamesinin kullanılmasından kaynaklanmaktadır.

Finlandiya’nın ilk yeşil 3D betonu

Portland Çimentosu kullanımı  SCM (Substituted Cementitious Materials-Tamamlayıcı Çimentomsu Malzemeler) kullanılarak azaltılabilir. Endüstriyel ölçekte önemli ikincil ham maddeler (endüstriyel atık), örneğin yüksek fırın cürufu, silis dumanı ve uçucu kül kullanılabilir. Bunların hepsi, özellikle gelişmekte olan ülkelerde büyük miktarlarda mevcuttur. Bu yan ürünleri içeren hazır çimentolar da mevcuttur ve CEM II ve CEM III çimentoları olarak bulunur. İstikrarlı arza sahip diğer SCM’ler, kireç taşı ve kalsine kil olabilir. Endüstriyel bir yan ürün olarak elde edilen kireç taşının döngüsellik potansiyeli, özellikle ilgi çekicidir.

Kireç taşı tozu, bağlayıcıda dolgu maddesi olarak uzun süredir kullanılmaktadır. Kireç taşı tozunun reoloji üzerindeki etkisi, örneğin incelik ve yüzey pürüzlülüğü gibi parçacıkların fiziksel özelliklerine bağlıdır.

Taze çimentomsu malzemelerin işlenebilirliğini artırmak için, karışıma Portland çimentosuna benzer veya daha iri parçacık boyutuna sahip uygun miktarda kireç taşı tozu eklenebilir. Dolgu etkisi, çimento hidratasyonu üzerindeki ana etki olgusudur.

Az miktarda Portland çimentosunun kireç taşı ile değiştirilmesi, kireç taşı parçacığının yüzeyi tarafından sağlanan alanların artması nedeniyle erken yaş hidratasyonunu hızlandırabilir.

Portland çimentosunda kalsine kil kullanımı, 3DCP’ye birçok fayda sağlayabilir. Muhtemelen en önemli faktör, erişilebilir kil rezervlerinin bolluğudur. Teknik olarak en uygun olan kaolinitik kil, tropikal ve subtropikal ortamlarda, yani Hindistan ve Güneydoğu Asya’da zengindir. Kalsine kaolinitik kil üretimi için kalsinasyon sıcaklığı 700–850 °C’dir ve bu Portland çimentosu klinker üretiminden (1250–1450 °C) oldukça düşüktür. Bununla birlikte, ticari uygulanabilirlik için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Portland çimentosunun içerisinde klinker ve alçı taşı bulunmaktadır. İşlenmemiş jips, enerji santrallerinde baca gazı kükürt gidermeden elde edilen başka bir endüstriyel yan ürün kullanılarak ikame edilebilir.

3D beton için alternatif yeşil çimentolar dünyası, özellikle sürdürülebilirlik  göz önüne alındığında daha da heyecan vericidir. En aktif olarak araştırılan yeşil çimentolardan biri CSA’dır (Kalsiyum Alüminat Çimento).

CSA, üretimi sırasında Normal Portland çimentosuna kıyasla %49 daha düşük CO₂ emisyonuna sahiptir. CSA klinker üretimi, Portland çimentosu üretiminden 200 °C daha düşük olan 1250 °C sıcaklıkta gerçekleşir. Ayrıca, daha düşük bir sıcaklıkta oluşan CSA klinkerlerinin öğütülmesi çok daha kolaydır ve bu da daha fazla enerji tasarrufu sağlar. Kalsit, Silika ve Alümina açısından zengin endüstriyel yan ürünleri kullanarak CSA üretmeye yönelik son eğilim, döngüsel ekonomi lehine hareket etmektedir.

CSA, hızlı sertleşir. CSA, sisteme bağlı olarak Portland çimentosunun %100 ikamesi veya kısmi ikamesi olarak kullanılabilir. 3D beton oluşturmak için Portland çimentosunun %7 CSA yerine geçmesi ile oluşan bir karışım kullanıldı. Bu alan, ticari uygulanabilirlik için hâlâ araştırmalara ihtiyaç duymaktadır.

Yeşil inşaatta geçirdiğim 7 yıl boyunca, endüstriyel atıkların kullanıldığı yeşil çimento üretiminden UPM, Stora Enso, Fortum vb. gibi farklı sektörlerden büyük şirketlerle farklı uygulama yollarına kadar bu çimento sistemlerinin birçoğunu inceledik. Tutarsız ham maddeler için başarı da değişen derecelerde sağlandı.

İlgilenilen diğer alternatif bağlayıcılar, CSAB (Kalsiyum Sülfo Alüminat Belit) ve reaktif MgO çimentolarıdır. Eşsiz uygulama potansiyellerini belirlemek için 3D beton baskı uygulamalarında önemli araştırmalara ihtiyaçlar var.

3D yazdırılan nesne ömrünün sonuna geldiğinde, birkaç alternatif vardır. Kırılabilir ve betonda agrega olarak kullanılabilir, yani  döngüsel çevrime girebilir. Döngüsel malzemeler inşaatın her yönünü değiştirir ve bir binanın tüm yaşam döngüsünü etkiler.

Bir Alman üniversitesindeki öğretim oturumlarım sırasında, genç yeteneklerin onları ilginç bir alan bulmasıyla, bu materyallere tabandan yeterince ilgi olduğunu öğrendiğim için şanslıydım. Öğrettiğim temel teknoloji ve sürdürülebilirlik kavramlarını anlamakla kalmadılar, aynı zamanda işleri bir adım öteye götürerek ve yerel döngüsel malzemeler kullanarak 3D baskılı yaşam alanları yaratma olasılığını aktif olarak desteklediler. Bu gerçekten doğru yönde atılmış bir adımdır.

Yerel döngüsel malzemeler kullanılarak 3D baskılı habitatlar

AB Yeşil Anlaşması ve karbondan arındırma, atıktan yararlanma ve yeni bir üretim sistemini benimseme ihtiyacı göz önüne alındığında, özellikle 3D beton gibi yeni eğilimler için en başından döngüsel ekonomi açısından düşünmemiz gerekiyor. İyimser biriyim ve ortak çabalarımızın kapsayıcı ve sürdürülebilir bir toplum yaratacağına inanıyorum.

Avrupalı ​​araştırma ve teknoloji kuruluşlarını, üniversiteleri, şirketleri, kamu kuruluşlarını ve finansman kuruluşlarını işbirliği yapmaya ve bu yeni ortaya çıkan endüstri 4.0 trendinin yenilikçiliğini ve uygulamasını güçlendirmeye davet ediyorum.

Yazan: Gaurav Das – Gaurav, Renotech Finlandiya’da Teknoloji ve Yeni İş Lideridir. Şu anda Avrupa İnovasyon Konseyi (EISMEA) tarafından ortaklaşa finanse edilen 3DGREEN-CON adlı AR-GE projesinin konsorsiyum başkanı ve 3D malzeme geliştirme lideridir. Gaurav, 3D baskı konusunda birçok AB AR-GE projesine liderlik etti ve Finlandiya’da inşaat için 3D beton baskıyı ve 4D akıllı malzemeleri tanıtan ilk kişi oldu. 3D baskı alanındaki uzmanlığından dolayı Avrupa parlamentosu tarafından talep edildi ve Avrupa Yeşil Anlaşma sürecine katkıda bulundu. Gaurav ayrıca Almanya, Danimarka ve Portekiz’deki çeşitli Avrupa Üniversitelerinde mühendislik ve sürdürülebilirlik dersleri vermektedir.

Kaynak: www.innovatorsmag.com/are-these-the-building-blocks-for-a-better-future/