استخدام النفايات البلاستيكية الإلكترونية كركام ناعم مع وبدون دخان السيليكا في الخرسانة: تجارب وتقييم دورة الحياة

تحويل الأجهزة الإلكترونية القديمة إلى مبانٍ جديدة

كل عام تُنتج الأرض جبالاً من الأجهزة الإلكترونية — ومعها جبال من الأغلفة البلاستيكية المهملة. ينتهي معظم هذا النفاـئ البلاستيكي الإلكتروني في مدافن النفايات أو يُحرق، مطلقاً مواد سامة ومهدرًا مواد قيّمة. تستكشف هذه الدراسة بديلاً مفاجئًا: طحن البلاستيك المستخرج من لوحات المفاتيح والطابعات والحواسيب القديمة واستخدامه في صناعة الخرسانة، مما قد يقلل في آن واحد من حاجة البناء للرمال الطبيعية ويخفف العبء البيئي للنفايات الإلكترونية.

لماذا البلاستيك والخرسانة ثنائي غير متوقع

الخرسانة هي أساس البناء الحديث وواحدة من أكثر المواد استخدامًا على الأرض. مكوناتها الرئيسية هي الأسمنت والماء والركام مثل الرمل والحصى. يؤدي تعدين هذا الرمل على نطاق واسع إلى تآكل قيعان الأنهار وتعطيل النظم البيئية. وفي الوقت نفسه، تتراكم النفايات البلاستيكية الإلكترونية، خاصة في آسيا، حيث يُعاد تدوير جزء صغير فقط منها بشكل سليم. رأى المؤلفون فرصة لمعالجة المشكلتين معًا عن طريق استبدال جزء من الرمل الطبيعي في الخرسانة بجزيئات بلاستيكية دقيقة مُسحوقة من النفايات الإلكترونية، مع اختبار ما إذا كان منتج صناعي دقيق جداً يُسمى دخان السيليكا يمكنه المساعدة في اندماج البلاستيك في الخلطة بشكل أفضل.

كيف صُممت الخلطات الجديدة واختُبرت

جمع الباحثون أغلفة بلاستيكية مصنوعة في الغالب من مادة هندسية شائعة تُسمى ABS من أجهزة إلكترونية مهملة. قاموا بتنظيف البلاستيك وسحقه ونخله إلى جزيئات بحجم الرمل، ثم استخدموه لاستبدال 5% و10% و15% و20% من الرمل الطبيعي في وصفة خرسانية قياسية. في مجموعة أخرى من الخلطات، استبدلوا أيضًا 10% من الأسمنت بدخان السيليكا — مسحوق دقيق جدًا يمكنه ملء الفراغات الصغيرة في الخرسانة. تم إنتاج عشرة أنواع مختلفة من الخرسانة ومعالجتها لمدة تصل إلى 56 يومًا، ثم خضعت لسلسلة كاملة من الاختبارات: مقاومة الضغط، والشد، والانحناء؛ فحوصات غير مدمرة بالموجات فوق الصوتية ومطارق الارتداد؛ ومقاييس المتانة مثل سهولة تسرب الماء وأيونات الكلوريد. كشفت التصويرات المجهرية مدى تماسُك قطع البلاستيك مع معجون الأسمنت المحيط بها.

ماذا يحدث للمقاومة والمتانة

أظهرت الخرسانة المصنوعة بالبلاستيك بدلًا من الرمل فقط انخفاضًا في القوة وزيادة في المسامية مع ارتفاع محتوى البلاستيك. السطح الأملس والنافِر للماء للبلاستيك خلق فراغات صغيرة عند تلامسه مع الأسمنت، مما أدى إلى روابط أضعف، ومزيد من الفراغات الداخلية، ومسارات أكبر لدخول الماء والملح. عند 20% بلاستيك، انخفضت القوة والصلابة بشكل ملحوظ، وامتصت المادة مزيدًا من الماء وسمحَت بمرور أيونات الكلوريد — علامات إنذار لمتانة طويلة الأمد. ومع ذلك، عندما أضيف دخان السيليكا تغير المشهد. تفاعل هذا المسحوق الدقيق مع نواتج ترطيب الأسمنت وملأ الفراغات حول جزيئات البلاستيك، مكوّنًا بنية دقيقة أكثر كثافة وتماسكًا. تفوّقت بعض الخلطات التي احتوت كلا من البلاستيك ودخان السيليكا فعليًا على الخرسانة العادية. خلطة بنسبة 5–10% بلاستيك مع 10% دخان سيليكا حققت مقاومات ضغط وشد وانحناء أعلى من الخلطة التقليدية بعد 56 يومًا.

المردود البيئي من إعادة التفكير في الوصفة

لفهم ما إذا كانت هذه الخرسانات الأكثر خضرة تفيد الكوكب حقًا، أجرى الفريق تقييم دورة حياة — نوع من الميزان البيئي — لكل خلطة، مع التركيز على مرحلة الإنتاج في مصنع خرسانة مسبقة الصب. أدى استبدال 20% من الرمل الطبيعي بنفايات البلاستيك الإلكترونية إلى تقليل العبء البيئي الإجمالي بنحو 5% وخفض أثر الاحترار العالمي للخرسانة بنحو 1.4%، ما يعادل توفير حوالي 4–5 كيلوجرامات من ثاني أكسيد الكربون لكل متر مكعب من الخرسانة المنتَجة. عند إدراج دخان السيليكا كبديل جزئي للأسمنت، ارتفعت التأثيرات الكلية في بعض الفئات قليلاً لأن إنتاج دخان السيليكا نفسه كثيف الطاقة. ومع ذلك تحسّن بصمة الكربون لكل وحدة مقاومة بشكل ملحوظ: الخلطات التي جمعت 10% دخان سيليكا مع 15–20% بلاستيك قدمت الخرسانة الأكثر كفاءة مناخيًا في الدراسة، مانحة مزيدًا من القوة مقابل ضرر مناخي أقل.

ماذا يعني هذا للمباني المستقبلية

بالنسبة لغير المتخصص، الخلاصة بسيطة: مع تصميم محكم، يمكن للأجهزة الإلكترونية القديمة أن تساعد في بناء بنى تحتية جديدة وأكثر استدامة. استخدام كميات معتدلة من النفايات البلاستيكية الإلكترونية بدلًا من الرمل، وموازنتها بدخان السيليكا، يمكن أن ينتج خرسانة قوية ومتماسكة وأكثر لطفًا إلى حد ما مع المناخ. الخلطة الأفضل أداءً في هذه الدراسة استخدمت 10% نفايات بلاستيكية إلكترونية و10% دخان سيليكا، مطابقة أو متفوقة على الخرسانة التقليدية مع تخفيف الضغط على موارد الرمل وخفض الانبعاثات. بينما لا يزال هناك حاجة إلى عمل إضافي لإثبات السلامة على المدى الطويل وتحديث قوانين البناء، تشير هذه الأبحاث إلى مستقبل قد تأتي منه أجزاء من الخرسانة في الجدران والمصارف أو المنشآت الساحلية من أجهزة مهملة بالأمس بدلًا من رمال مُستخرَجة حديثًا.

الاستشهاد: Omran, S., Sisupalan, S., Alyaseen, A. et al. Utilization of electronic plastic waste as fine aggregate with and without silica fume in concrete: experimentation and life cycle assessment. Sci Rep 16, 5723 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35491-9

الكلمات المفتاحية: خرسانة نفايات إلكترونية, ركام بلاستيكي مُعاد التدوير, دخان السيليكا, البناء المستدام, تقييم دورة الحياة