الكالسيوم المستخلص من السليكات كمسار لإنتاج أسمنت بورتلاندي منخفض الكربون

لماذا تهم الصخور من أجل مدن أنظف

الأسمنت هو الغراء الخفي للحياة الحديثة، فهو يدعم منازلنا وجسورنا وناطحات السحاب. ومع ذلك فإن تصنيعه يطلق كميات من التلوث الكربوني تقارب تلك الصادرة عن جميع السيارات الصغيرة في العالم. تستكشف هذه الدراسة طريقة مفاجئة للاستمرار في استخدام الأسمنت البورتلاندي المألوف مع تقليص تلك الانبعاثات بشكل حاد: لا تبدأ بالحجر الجيري الطري، بل بالصخور البركانية الداكنة مثل البازلت.

عملاق هادئ في تلوث المناخ

يثبت الأسمنت البورتلاندي العادي هيمنته في البناء العالمي لأنه مفهوم جيدًا، ومتوافر على نطاق واسع، ومدعوم بتجارب بناء متوارثة عبر أجيال. لكن مكوّنه الرئيسي، الكالسيوم المستخرج من الحجر الجيري، يحمل معه ثمنًا كربونيًا جوهريًا. عند تسخين الحجر الجيري لصنع الأسمنت، يهرب الكربون منه كغاز ثاني أكسيد الكربون، كما يتم حرق المزيد من الوقود للوصول إلى درجات حرارة الأفران العالية جدًا. معًا، تُسهم هاتان الخطوتان بنحو 4.4% من انبعاثات غازات الدفيئة البشرية، وهي نسبة تقارن بانبعاثات جميع مركبات الاستخدام الخفيف على الكوكب.

نوع مختلف من الصخور لكنه يحمل نفس العنصر المفيد

يشير المؤلفون إلى أن معظم كالسيوم الأرض لا يوجد بالفعل في الحجر الجيري بل في صخور سيليكاتية مثل البازلت والغابرو، التي يحتوي فيها الكالسيوم مرتبطًا بالسيليكون والأكسجين وبكميات ضئيلة جدًا من الكربون. من خلال رسم خرائط الجيولوجيا العالمية، يُظهرون أن هذه الصخور متوفرة في العديد من البلدان ويمكن أن تزود صانعي الأسمنت لمئات الآلاف من السنوات. وعلى الرغم من أن كل طن من البازلت يحتوي على كلسيوم أقل من الحجر الجيري، إلا أن المورد الكلي المتاح هائل وبالغة الأهمية أنه لا يطلق الكربون عند التسخين.

كيف يمكن أن يصنع البازلت أسمنتًا مألوفًا

تحويل البازلت إلى أسمنت بورتلاندي أكثر تعقيدًا من المسار التقليدي، لأن الكالسيوم فيه مخفف بعناصر أخرى. باستخدام تحليل حراري ديناميكي، يقارن الفريق الحد الأدنى الممكن للطاقة المطلوبة لصنع الأسمنت من معادن مختلفة. يجدون أنه من الناحية النظرية قد يحتاج تحويل السيليكات الغنية بالكالسيوم إلى أسمنت بورتلاندي إلى أقل من نصف الطاقة المطلوبة عند البدء من الحجر الجيري، مع تجنّب الكربون المنطلق من الصخر نفسه. تصف الورقة مسارًا عمليًا واحدًا قائمًا على خطوات صناعية موجودة: استخدام حمض لاستخلاص الكالسيوم والمعادن الأخرى من الصخر، استخدام الكهرباء لفصل واستعادة المواد الكيميائية، ثم تسخين المركب الكلسي الناتج في فرن يشبه مصانع اليوم. حتى في تصميم محافظ لم يُحسّن بعد، تنخفض انبعاثات العملية من الصخر إلى الصفر ويمكن أن ينخفض إجمالي استهلاك الطاقة عند احتساب المنتجات الثانوية القيمة.

أكثر من أسمنت من محجر واحد

البازلت ليس مجرد مصدر للكالسيوم. فهو يحتوي أيضًا على كميات كبيرة من الحديد والألمنيوم والسيليكا، وهي نفس المكوّنات المستخدمة في الصلب والألومنيوم والمواد المضافة المكملة التي تُخلط في الأسمنت. إذا قامت مصانع مستقبلية بتنقية البازلت على النطاق اللازم لتزويد الأسمنت العالمي، فتقترح الدراسة أنها قد تلبي أيضًا الجزء الأكبر أو كل الطلب الحالي على الصلب وأكسيد الألومنيوم ومواد إضافة الأسمنت من نفس تيار الصخر. ويمكن أن يقلل ذلك من نفايات المناجم، ويقلل عدد المناجم المنفصلة، ويخلق إيرادات جديدة تساعد على دفع ثمن إنتاج الأسمنت الأنظف.

لماذا يظل الالتزام بالأسمنت المألوف مهمًا

اقتُرحت العديد من أنواع الأسمدة البديلة التي تستخدم كيمياء مختلفة وكالسيومًا أقل، وغالبًا بانبعاثات أقل. ومع ذلك فقد نادرًا ما اقتحمت السوق لأن البنّائين والمنظمين متحفظون تجاه مواد غير مجربية في منشآت يُفترض أن تدوم عقودًا وتحفظ سلامة الناس. يستخدم المؤلفون نموذج مخاطرة بسيطًا ليفترضوا أن آلاف المباني الواقعية وعقودًا من المراقبة قد تكون مطلوبة قبل أن يكتسب أسمنت جديد ثقة واسعة. في المقابل، فإن أسمنتًا مصنوعًا من البازلت لكنه مُهندَس ليؤدي تمامًا كالأcement البورتلاندي العادي يمكن أن يندمج بسهولة أكبر في المعايير القائمة وقواعد التصميم وممارسات البناء.

بناء مستقبل أقل كربونًا بأدوات مألوفة

بعبارات بسيطة، تختتم الورقة بأننا قد نتمكن من الاستمرار في استخدام نفس نوع الأسمنت، لكن بتغيير الصخر الذي نبدأ منه وطريقة معالجته. من خلال سحب الكالسيوم من صخور سيليكاتية خالية من الكربون، وتكرير المنتجات الثانوية مثل الصلب والألومنيوم، وتشغيل العملية بطاقة أنظف، يجادل المؤلفون بأن الأسمنت يمكن أن يُصنع بقليل أو بدون تلوث كربوني، مما قد يمحو ذاك الحيز البالغ 4.4% من الانبعاثات العالمية. لا تحلّ هذه المقاربة محل استراتيجيات أخرى مثل تصميم مبانٍ أفضل أو إعادة التدوير أو احتجاز الكربون، لكنها يمكن أن تعمل بالتوازي معها لمساعدة المدن على النمو دون قفل تكاليف المناخ الحالية.

الاستشهاد: Prancevic, J.P., Finke, C.E., Peterson, E. et al. Silicate-derived calcium as a pathway to low-carbon Portland cement. Commun. Sustain. 1, 78 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00056-4

الكلمات المفتاحية: انبعاثات الأسمنت, أسمنت البازلت, البناء منخفض الكربون, إزالة الكربون الصناعي, أسمنت بورتلاندي