يمكن استخدام خبث الحديد لتقليل انبعاثات الكربون في صناعة الخرسانة والأسمنت، ولكن الكمية المتاحة في المستقبل تنقص تدريجيًا مع تنفيذ صناعة الحديد لعدة تدابير لتقليص بصمتها الكربونية.
المصدر الرئيسي لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون هو البيئة المبنية. يُعد الحديد والخرسانة والأسمنت لاعبون رئيسيون في صناعة البناء، وقد اتخذت هذه الصناعات، معًا ومنفردة، مجموعة متنوعة من التدابير لتقليل انبعاثات الكربون. أحد هذه المشاريع التعاونية يتضمن استخدام خبث الحديد في إنتاج الأسمنت والخرسانة، وقد ثبت أنه يساهم في تقليل انبعاثات الكربون خلال عملية الإنتاج.
في هذا السياق، يمكن استخدام خبث الحديد، المعروف رسميًا باسم خبث الفرن العالي المجروش ، كبديل للكلنكر. يقول كلود لوريا، مدير جمعية الأسمنت والخرسانة العالمية، قسم الأسمنت والابتكار والاستدامة: “إن الـ جي جي بي اف اس هو ما نطلق عليه بديل الكلنكر”. يُعتبر بديل الكلنكر، أو مادة الأسمنت التكميلية ، مادة ناتجة طبيعية وصناعية يمكن استخدامها في نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك استبدال جزء من الكلنكر في الأسمنت البورتلاندي. ونظرًا لأن إنتاج الكلنكر في صناعة الأسمنت ينتج كميات كبيرة من انبعاثات الكربون، فإن تقليل محتوى الكلنكر في الأسمنت (المعروف أيضًا بعامل الكلنكر) يساعد أيضًا في تقليل تأثيره البيئي الضار.
خبث الحديد ليس مكوناً جديداً من مكونات الاسمنت
إن استخدام خبث الحديد في الاسمنت ليس أمراً جديداً. قال لورِيه: “يمكن تتبع أول تطبيق تجاري لخبث الحديد لأكثر من 150 عاماً، في عام 1865، عندما تم إنتاج اسمنت خبث الجير تجارياً في ألمانيا. وبحلول عام 1901، كان قد استُخدم في الاسمنت البورتلاندي لإنتاج اسمنت بورتلاندي حديدي بمحتوى يصل إلى 30% من خبث الأفران العالية، وفي عام 1907 تم إنتاج اسمنت خبث الأفران العالية بمحتوى يصل إلى 85% من خبث الأفران العالية.
“ومنذ ذلك الحين، أصبح مسحوق خبث الأفران العالية مادة هامة إضافية للإسمنت في إنتاج الإسمنت، مع المزايا الرئيسية التالية: يمكن مناولة ونقل الخبث كما يُعامل الكلينكر، وله معدل استبدال أعلى من المواد الإضافية الأخرى للإسمنت (على سبيل المثال، استخدامه يخضع لقيود قليلة جداً في المعايير الأوروبية للخرسانة). بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام مسحوق خبث الأفران العالية على نطاق واسع في إنتاج الإسمنت في جميع أنحاء العالم.”
تضيف لوريّا: “إنّ خبث الأفران العالية يوفر العديد من المزايا في إنتاج الخرسانة. فالخرسانة المصنوعة من خبث الأفران العالية تتمتع بمعدل أقل من الترطيب الطارد للحرارة، مما يقلل من خطر التشقق ويمكّنها من الحفاظ على قوتها لفترة أطول، وذلك يحقق قوة نهائية أعلى. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ خبث الأفران العالية يقلل من خطر الأضرار الناجمة عن تفاعل القلويات والسليكا، وهو أكثر مقاومة للهجمات الكيميائية. ونتيجة لذلك، فإنّ الخرسانة المصنعة من خبث الأفران العالية تدوم لفترة أطول وتتطلب صيانة أقل على مدى دوراتها الحياتية، مما يُحسّن بشكل كبير الاستدامة الاقتصادية والاجتماعية والبيئية للمباني إذا تم استخدامها كمواد للبناء.”
في مصانع الأسمنت أو الخرسانة، يمكن إنتاج الخرسانة عن طريق إضافة خبث الأفران العالية المطحون، ورماد الوقود المسحوق، والكلس المطحون، وغيرها من المواد، مما لا يقلل فقط من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بل يحافظ أيضاً على الأداء ذاته أو الأفضل.
تراجع توافر خبث الحديد بشكل تدريجي.
ومع ذلك، فإن كمية خبث الحديد المتاحة لصناعة الأسمنت والخرسانة ستنخفض تدريجياً، حيث تسعى صناعة الحديد أيضاً إلى تقليل انبعاثاتها الكربونية. والصناعة تبحث بالفعل عن بدائل، كما تقول لوريا.
وتضيف: “لم يقتصر الأمر على أن توافر المواد المناسبة يتفاوت حول العالم الآن وفي المستقبل، على سبيل المثال، الرماد المتطاير يأتي من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، وخبث الفرن العالي يأتي من الأفران العالية في صناعة الحديد التي تسعى أيضاً إلى التحول. وفي العقود القادمة، ستزداد استخدامات الحجر الجيري المطحون ناعماً، وسيدخل الطين المحروق لتعويض النقص في إمدادات الرماد المتطاير وخبث الفرن العالي، ولتقليل نسبة روابط الكلنكر أكثر. يأتي الطين المحروق من رواسب الطين، التي تتوزع جغرافياً على نطاق واسع وتتمتع باحتياطيات وفيرة، ويمكن أن تلبي الطلب المتوقع.
تُظهر بيانات جمعية الإسمنت والخرسانة العالمية أن النسبة العالمية المتوسطة من الكلنكر إلى الرابطة تبلغ حالياً 0.63، ومن المتوقع أن تنخفض إلى 0.58 بحلول عام 2030 وإلى 0.52 بحلول عام 2050. ومع ذلك، وكما هو الحال الآن، يُعتبر خبث الفولاذ عاملاً مهماً في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في صناعة الإسمنت، على الرغم من أنه لا يزال بحاجة إلى قبول من قبل بعض مشتري الإسمنت، ويظل إمداده محدوداً، كما تشير لوريا.
وتقول: “بينما قد يحد توفر المادة من نسبة الرابطة الكلنكر، يبقى قبول العملاء العائق الحالي لاستغلال هذه الطريقة بالكامل في بعض الاقتصادات المتقدمة والناشئة. ولا تزال الفروق الإقليمية بل والوطنية حتمية بسبب نقص إمدادات المواد ومتطلبات السوق المتنوعة.”