Eski Çimentodan Düşük Karbonlu Beton Nasıl Yapılır?

2014 yılında yayımlanan bir makaleye göre çimento, kum ve çakılın karıştırılmasıyla elde edilen beton, sudan sonra dünyada en çok tüketilen ikinci malzemedir. Gezegendeki her insan için her yıl yaklaşık üç ton beton üretiliyor.

Tüm bu yapılar sadece Dünya’nın yüzeyini değil aynı zamanda atmosferini de etkiliyor. Betonun temel bileşeni olan yıllık yaklaşık 5 milyar ton çimentonun üretimi, ana sera gazı olan dünyanın insan kaynaklı karbondioksit emisyonlarının yaklaşık %8’inden sorumludur. Çimento endüstrisi bir ülke olsaydı, Çin ve Amerika’dan sonra en büyük üçüncü karbondioksit salımına neden olan ülke olurdu.

Araştırmacılar bu emisyonları azaltmanın yollarını bulmaya çalışsa da bu çok kolay değil. Beton yapmak için gereken katkı maddelerinden çimento miktarı azaltılabilir ancak bu sorunu tamamen çözmez. Çimento üreticileri ayrıca fabrikalarının yaydığı karbonu yakalayıp yer altında saklamanın yollarını da arıyor ancak elektrik santralleri ve petrol platformlarıyla yapılan birkaç küçük ölçekli denemeye rağmen, karbonu yakalamak çoğunlukla denenmemiş bir teknoloji olmaya devam ediyor.

Neyse ki başka bir fikir şekilleniyor. İngiltere’nin kuzeydoğusunda bulunan Middlesbrough’da endüstri destekli bir araştırma merkezi olan Malzeme İşleme Enstitüsünde, mayıs ayı başlarında dünyanın ilk sıfır emisyonlu çimentosu olduğu iddia edilen altı tonluk malzeme üretilecek. Bu çok az bir miktar gibi görünse de çimentonun ne kadar iyi çalıştığını göstermek için yeterlidir. Her şey planlandığı gibi giderse, fikrin arkasındaki firma olan Cambridge Electric Cement, üretimi artırmayı ve malzemeleri gerçek bir inşaat projesinde kullanmayı planlıyor.

Yeniden kullanın ve geri dönüştürün

Çimentoyu karbondan arındırmanın bu kadar zor olmasının nedeni, nasıl yapıldığına ilişkin kimyada yatmaktadır. Ana bileşen, esas olarak kalsiyum karbonat olan kireç taşıdır. Hem oksijen hem de karbon içerir. Kireç taşı, silika içeren kil ve diğer malzemelerle karıştırıldıktan sonra döner bir fırında 1.400°C’nin üzerinde ısıtılır. Kalsinasyon adı verilen kimyasal reaksiyon, karbonu kireç taşından uzaklaştırarak kireç üretir. Karbon daha sonra oksijenle birleşerek istenmeyen karbondioksiti oluşturur.

Geriye klinker adı verilen kireç bazlı malzeme topakları kalıyor. Bu soğutulur ve daha sonra öğütülerek çimento tozu hâline getirilir. Çimento yapımından kaynaklanan karbondioksit emisyonlarının yaklaşık yarısı yalnızca kalsinasyon reaksiyonundan kaynaklanmaktadır (geri kalanı esas olarak kireç taşının çıkarılmasından ve fırının ısıtılmasından kaynaklanmaktadır). Her ton çimento için yaklaşık bir ton karbondioksit üretiliyor.

Cambridge Electric Cement’i kuran Cyrille Dunant ve Cambridge Üniversitesindeki meslektaşları, yıkılmış binalardaki eski çimentoyu geri dönüştürerek bu zahmetli kimyadan kurtulmayı umuyorlar. Çimentoyu hurda betondan kurtarmak başlı başına yeni bir fikir değil ancak bunu bir çimento fırını yoluyla geri dönüştürme girişimleri, taze malzemeler kullanmaktan daha düşük kaliteli bir ürün üretme eğilimindedir.

Dr. Dunant ve ekibi bu sorunu başka bir ağır endüstrisi olan “çelik geri dönüşümü” yardımıyla çözdüklerini düşünüyor. Eski çimento tozunun kimyasal bileşiminin, hurda çeliği geri dönüştürmek için elektrik ark ocaklarında kullanılan kireç akışıyla hemen hemen aynı olduğunu fark ettiler. Çelik eridikçe akı yüzeyde yüzen bir cüruf oluşturur ve burada sıvı çeliğin havayla reaksiyona girmesini ve yabancı maddeler oluşturmasını engeller.

Cambridge ekibi, eski çimentodan yapılan hamurun da aynı işi görebileceğini ve fırınlardan gelen ısının onu aynı anda tekrar kaliteli klinkere dönüştürebildiğini buldu. Dr. Dunant, “Kullanılan çimento hamuru yeni çimento olarak ortaya çıktı.” diyor. Alevlerle ısıtılan çimento fırınlarının aksine, elektrik arklı fırınlar, içindekileri ısıtmak için yüksek güçlü elektrik akımlarıyla vuruyor. Bu, sıfır karbonlu elektrikle çalıştırılabilecekleri anlamına geliyor.

Ekip şu ana kadar onlarca kilogram geri dönüştürülmüş, sıfır karbonlu çimento üretti. Şirketin kurucularından biri olan Philippa Horton, sonuçların umut verici olduğunu söylüyor. En büyük potansiyel engel, üretilebilecek çimento miktarının, eski binaların, köprülerin, yolların ve benzerlerinin yıkılmasından ne kadar geri kazanılacağına ve ayrıca elektrik ark ocaklarının mevcudiyetine bağlı olmasıdır ancak Dr. Horton, yalnızca Britanya’da toplam talebin dörtte biri ila yarısı kadarını karşılamaya yetecek kadar çimento üretmenin makul olabileceğini düşünüyor.

Bu arada bazı inşaat firmaları da projeyi hayata geçirmek için araştırmacılarla birlikte çalışıyor. Bunlar arasında, eski çimentoyu molozlardan hamur şeklinde çıkarabilen bir kırıcı geliştiren İngiliz inşaat malzemeleri tedarikçisi Day Group da yer alıyor. İspanyol çelik şirketi Celsa, ticari ölçekte ilk Cambridge Elektrik Çimentosu partisini üretmek için Cardiff’teki tesisinde bir elektrik ark ocağını dönüştürüyor.

Tüm bu altyapı hazır olduğunda, belki de önümüzdeki yıl, inşaat mühendisliği firması olan Atkins ve Balfour Beatty, geri dönüştürülmüş çimentonun kullanıldığı ilk binanın inşaatını denetleyecek ve bu binanın değerinin nihai testi olacak. Fikirlerden biri, yıkılmış bir binadan elde edilen çimentoyu aynı alanda yeni bir bina inşa etmek için kullanmaktır. Bu, döngüsel ekonominin yeşil faydalarının güzel bir göstergesi olacaktır.

Kaynak: www.economist.com/science-and-technology/2023/04/26/how-to-make-low-carbon-concrete-from-old-cement