مروری بر آپ سایکل ضایعات کشاورزی و پلاستیک با هدف ساخت و ساز پایدار
تولید مصالح ساختمانی مرسوم مانند بتن، سیمان و آجر به طور قابل توجهی به افزایش نگرانی‌های زیست محیطی مرتبط با صنعت ساخت و ساز دامن زده است. علاوه براین، برای انحراف از مدل خطی تولید-مصرف-دفع به یک مدل اقتصاد چرخشی که شامل آپ سایکل و استفاده مجدد از مواد می‌شود، جهان تحت فشار است. این مقاله به بررسی کاربرد ضایعات کشاورزی و پلاستیکی در صنعت ساختمان و همچنین بررسی عملکرد محصول تولید شده با استفاده از پنج پارامتر کلیدی مقاومت فشاری، استحکام کششی، مقاومت خمشی، چگالی و رسانش حرارتی است. این بررسی نشان داد که مقاومت فشاری، کششی و خمشی را می‌توان با افزایش محتوای ضایعات اندکی افزایش داد؛ با این حال، این کار تنها درصورتی امکان پذیر است که پس از آن افزایش محتوای ضایعات مقاومت مکانیکی را کاهش دهد. این کاهش استحکام را می‌توان به پیوند ضعیف تر ناشی از افزایش حجم ضایعات نسبت داد. همچنین مشاهده شد که این مولفه‌ها به طور مستقیم از خواص مکانیکی ضایعات بهره‌مند نمی‌شوند. مواد ضایعات چگالی محصول نهایی را به حداقل می‌رسانند که پیامدهایی برای کاربردهای سبک وزن نیز به همراه دارد. به طور مشابه، از این مواد ضایعاتی برای بهبود خواص عایق حرارتی استفاده می‌شود مشاهده شد که در بهبود عملکرد حرارتی در ساختمان‌ها نقش مهمی دارد. علیرغم کاهش مقاومت مکانیکی، مشاهده شد که این مواد را می‌توان به عنوان عناصر غیرساختاری نیز استفاده کرد که درنتیجه، مقدار و هزینه مواد جدید مورد استفاده را به حداقل خواهند رساند. کاربرد این نوع ضایعات در صنعت ساختمان به کاهش اثرات زیست محیطی، اجتناب از اتکا به محل‌های دفن زباله برای دفع زباله و کاهش هزینه‌های ساخت و ساز کمک می‌کند.
در سال‌های اخیر، تولید زباله در سطح جهانی به دلایل بیشماری افزایش یافته است. به گفته تیزو، تولید زباله جامد شهری در سراسر جهان افزایش خواهد یافت به طوری‌که تا سال 2050 از 2.02 میلیارد متریک تن در سال 2016 به 3.4 میلیارد متریک تن خواهد رسید. به همین ترتیب، در کشورهای درحال توسعه مانند هند مقادیر قابل توجهی از ضایعات کشاورزی تولید می‌شود که منجر به بروز چالش‌های مختلفی در دفع آنها می‌شود. استفاده مجدد از این ضایعات به عنوان مصالح ساختمانی پایدار می‌تواند به حل بحران مدیریت پسماند کمک کند. مصرف انرژی ساختمان‌ها در کلِ چرخه حیات شان، از تخریب تا ساخت، قابل مشاهده است. این مصرف انرژی می‌تواند مستقیم یا غیرمستقیم (یعنی عملیاتی یا تجسمی) باشد. انتظار می‌رود حدود 60 درصد از مواد خام استخراج شده جهان از پوسته زمین در بخش ساخت و ساز استفاده شود و با این حال، از انرژی تجسم یافته در استخراج مواد استفاده می‌شود. بتن، آجر و فولاد ازجمله پرکاربردترین مصالح ساختمانی به‌شمار می‌روند. خواص کششی، جذب مواد و حمل و نقل مهم ترین فاکتورها در تولید آجر هستند. خاک رس یکی از اجزای اصلی در تولید آجر است که استخراج آن از معادن آثار طولانی مدتی بر چشم انداز آن دارد. پخت خاک رس دارای انرژی تجسم یافته بالایی است و سطوح بالایی از دی اکسید کربن تولید می‌کند. علاوه براین، آلاینده‌هایی مانند کلریدها، گوگرد، اکسیدهای نیتروژن و فلوراید نیز منتشر می‌کند. تخمین زده می‌شود که با تولید آجر حدود 80 تن ذرات معلق، 30 تن کربن، 7 تن اکسید نیتروژن و 5 تن اکسیدهای گوگرد نیز تولید می‌شود. ازطرفی، تولید سیمان و فولاد نیز آسیب جدی به محیط زیست وارد می‌کند.
تولید آنها متکی بر کاهش شدید منابع طبیعی و افزایش آلاینده‌های مضر برای محیط زیست و انسان است. فرایند تولید آنها همچنین بسیار انرژی بر است. بتن از سه بخش اساسی آب، سیمان و سنگدانه (مانند ماسه و سنگ) تشکیل شده است. به عنوان مثال، پختن خاک رس برای تولید سیمان و فولاد باعث انتشار گاز CO₂ می‌شود. اعتقاد بر این است که صنعت ساختمان بین 5 تا 7 درصد از انتشار جهانی CO₂ را تولید می‌کند که تاثیر انتشار آن بر محیط زیست فاجعه آمیز است و می‌تواند منجر به اثرات نامطلوبی همچون تخریب لایه ازن، باران اسیدی و افزایش گرمایش جهانی شود. این انتشارات نه تنها محیط زیست بلکه سلامت انسان را نیز تحت تاثیر قرار می‌دهند. برخی محققان ازجمله اسکیندر و همکارانش در مطالعات خود ارتباط بین انتشار CO₂ و مشکلات سلامتی را بیان کردند. از اثرات منفی انتشار CO₂ می‌توان به مشکلات سلامتی و تهدید تغییرات آب و هوایی اشاره کرد که باعث شد تا بیش از 170 کشور ازجمله بزرگترین تولید کنندگان گازهای گلخانه‌ای در جهان (ایالات متحده و چین) توافقنامه تاریخی پاریس را امضا کنند. این امر به تنهایی گواهی بر وخیم بودن شرایط زیست محیطی فعلی است. با این وجود، رویکرد مقابله با اثرات منفی که در بالا ذکر شد، با استفاده از مواد ضایعات به عنوان مواد جایگزین در توسعه ساخت و ساز پایدار امکان پذیر است. دانشمندان متعددی پایداری مواد آپ سایکل شده را در حوزه ساخت و ساز مورد بررسی قرار داده‌اند. برای مثال، چوی و همکارانش استفاده از بطری‌های پلی اتیلن ترفتالات (PET) را به عنوان دانه‌های ریز در تولید بتن مطالعه کرده اند. همچنین سگتین و همکارانش نیز مقاومت فشاری کامپوزیت‌های سیمان خاک را پس از اینکه الیاف ها را که با رنگ گچی برای بهبود پیوند بین سیمان و ماتریس فیبر پوشانده شدند را مورد بررسی قرار داده اند. اوینلولا و همکارانش نیز استفاده از بطری‌های آپ سایکل شده در ساخت و ساز کم هزینه را پیشنهاد دادند. اخیرا بسیاری از مقالات مروری به بررسی علاقه روزافزون به استفاده از ضایعات در ساخت و ساز پرداخته‌اند. این مقاله بر استفاده از ضایعات در ساخت و سازهای پایدار با تکیه بر پنج پارامتر کلیدی مصالح ساختمان حاوی ضایعات کشاورزی یا پلاستیکی متمرکز است. این پارامترها عبارتند از مقاومت فشاری، استحکام کششی، مقاومت خمشی، چگالی و رسانش حرارتی که در تعیین مناسب بودن مواد ساختمان جایگزین نقش مهمی دارند. از این ضایعات معمولا به صورت یکپارچه، یا به عنوان الیاف برای تقویت مواد و یا به عنوان گرانول برای حجیم کردن یا بهبود عملکرد مواد استفاده می‌شود. به طور کلی، در اینجا بیشتر به بررسی تاثیر این روش ترکیبی در عملکرد مواد پرداخته شده است.
جمع بندی
این مقاله به بررسی توسعه مصالح ساختمانی پایدار تولید شده از ضایعات پلاستیکی و کشاورزی می‌پردازد. از پنج پارامتر کلیدی مقاومت فشاری، استحکام کششی، مقاومت خمشی، چگالی و رسانش حرارتی برای بررسی میزان پایداری مواد حاصل شده در اینجا استفاده شده است. به طور کلی، تا حدودی می‌توان مقاومت فشاری، کششی و خمشی مصالح ساختمانی را با افزودن ضایعات پلاستیکی یا کشاورزی افزایش داد. ازطرفی، مقاومت مواد با افزایش محتوای ضایعاتی کاهش می‌یابد. این رفتار نشان می‌دهد که یکپارچه سازی مواد ضایعات قابلیت اتصال قطعه، صرف نظر از این که از سیمان یا خاک تولید شده است، را تحت تاثیر قرار نمی‌دهد. درنتیجه، مصالح ساختمانی به طور مستقیم از خواص مکانیکی مواد ضایعاتی به کار رفته بهره‌مند نمی‌شوند. باوجود کاهش مکانیکی خواص، مشاهده شد که محصولات حاوی این مواد ضایعاتی را نیز می‌توان برای کاربردهای غیرسازه‌ای استفاده کرد که مقدار و هزینه مواد جدید مورد استفاده را به حداقل می‌رساند. نتایج به دست آمده نیز نشان داد که ادغام مواد ضایعات کشاورزی و پلاستیکی در مواد اصلی منجر به کاهش رسانش حرارتی می‌شود و این که این محصولات می‌توانند عملکرد حرارتی ساختمان را ارتقا دهند. در اینجا بر استفاده از ضایعات پلاستیکی و کشاورزی در آینده تمرکز شده است و ناگفته نماند که بستر قابل ملاحظه‌ای برای استفاده از دیگر ضایعات مانند شیشه و یا ضایعات صنعتی که تولید و دفع آنها به نرخ هشدار دهنده رسیده است، وجود دارد. همچنین، درک بهتر تاثیر مواد ضایعاتی مختلف در این راستا ضروری است.
