ابتكار علمي فريد: تحويل حمأة الصرف الصحي إلى فحم حيوي لتعزيز قوة الخرسانة

نجح باحثون في تحويل مخلفات بشرية معالجة إلى فحم حيوي يمكن استخدامه بديلا جزئيا للأسمنت في الخرسانة، مما أثبت قدرته على تعزيز متانة الخرسانة وتقليل مساميتها وانكماشها عند إضافته بنسب محددة.

وتعد الخرسانة من أكثر مواد البناء استخداما عالميا، إلا أن إنتاج الأسمنت المكون الأساسي لها يعد مصدرا رئيسيا لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بسبب الطاقة اللازمة لمعالجة الحجر الجيري، مما دفع الباحثين للبحث عن بدائل صديقة للبيئة لا تضر بمتانة البناء.

وفي هذا السياق، قاد المهندس المدني راغوفيش تيواري فريقا بحثيا في جامعة مانيبال في جايبور بالهند لاختبار استخدام فحم حيوي مصنوع من حمأة الصرف الصحي، وأظهرت النتائج المنشورة في مجلة Scientific Reports تحسنا ملحوظا في خصائص الخرسانة عند استخدام نسب محددة.

وينتج الفحم الحيوي عبر تسخين المواد العضوية في بيئة منخفضة الأكسجين، وقد استخدم الفريق حمأة الصرف الصحي من محطة معالجة في مدينة وارانغال بالهند، حيث جففت وسخنت بحرارة تراوحت بين 350 و450 درجة مئوية ثم طحنت لمسحوق ناعم.

وأظهرت الاختبارات أن استبدال الأسمنت بنسبة 5% أو 10% يحقق أفضل النتائج، حيث زادت مقاومة الضغط بنحو 20% ومقاومة الانحناء بنحو 36% للخلطة التي تحتوي على 5% بعد 91 يوما، بينما بلغت الزيادة 21% في مقاومة الضغط و42% في مقاومة الانحناء عند نسبة 10%.

ويعزو الباحثون هذا التحسن إلى مسامية الفحم العالية التي تطلق الماء تدريجيا لتفاعلات الأسمنت، واحتوائه على السيليكا التي تشكل سيليكات الكالسيوم المعززة للقوة، إضافة إلى ملء الفراغات الدقيقة وتحسين الترابط، رغم أن نسبة 15% أعطت نتائج أقل جودة.

ولا تزال هذه التقنية بحاجة لمزيد من الاختبارات في ظروف واقعية مثل التجمد والحرارة القصوى، فضلا عن دراسة استقرار المعادن الثقيلة وتقييم إجمالي انبعاثات الكربون.