LCA of cement/ar

يُنتج الإسمنت على نطاق واسع، وتُخلّف منتجاته الثانوية آثارًا بيئية بالغة. يُستخدم الإسمنت في بناء الأرصفة والمباني والجسور والسدود والأنابيب والطرق والقنوات ومصارف مياه الأمطار، فضلًا عن العديد من المنتجات الأخرى. ويُنتج ما يقارب طنًا واحدًا من الإسمنت لكل فرد على وجه الأرض سنويًا. ^{[ 1 ]} وتُساهم صناعة الإسمنت بنحو 5% من انبعاثات الكربون العالمية.

يتطلب إنتاج الإسمنت كميات كبيرة من المواد الخام والطاقة. يُطلق على المكون الرئيسي للإسمنت اسم الكلنكر. يتكون الكلنكر من كتل خبثية تتشكل بتسخين الحجر الجيري والبوكسيت ورمل خام الحديد إلى درجة حرارة 2770 ^{فهرنهايت} . يُعد إنتاج الكلنكر عملية كثيفة الاستهلاك للموارد، إذ يتطلب إنتاج طن واحد منه طاقة تتراوح بين 3000 و6000 ميغا جول، بالإضافة إلى حوالي 1.6 طن من المواد الخام. ^{[ 2 ]}

يوضح الشكل 1 مخطط انسيابي لعملية تصنيع الإسمنت. العمليات التي تتطلب مدخلات طاقة مُحددة باللون الأصفر، والعمليات التي تتطلب حرارة مُحددة باللون الأحمر. تشمل الملوثات المنبعثة أثناء التصنيع الجسيمات والغازات مثل ثاني أكسيد الكربون _، وثاني أكسيد الكبريت _، وأكاسيد _{النيتروجين} . يمكن مزج رماد الفحم المتطاير أو الخبث أو البوزولان مع المواد الخام، مما يُسهم في خفض الانبعاثات.

غبار أفران الإسمنت (CKD) هو منتج ثانوي لعملية تصنيع الإسمنت. يُجمع هذا الغبار باستخدام وسائل للتحكم في الجسيمات، مثل الترشيح والتنظيف. مقابل كل طن من الكلنكر المُنتَج، يُدفن ما يقارب 300-400 رطل من غبار أفران الإسمنت في مكبات النفايات. تستخدم بعض عمليات تصنيع الإسمنت البديلة غبار أفران الإسمنت لعزل الكربون أو إعادة تدويره ضمن المواد الخام المُدخلة. ^{[ 1 ]}

في العديد من مصانع إنتاج الإسمنت الحديثة، تُخلط مخلفات العمليات الصناعية الأخرى مع المواد الخام للإسمنت لتغيير خصائصه. هذه الممارسة تُسهم في تقليل استخدام المواد الخام في إنتاج الإسمنت.

عزل الكربون هو عملية التقاط وتخزين غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2 _{) ، وهو أحد} غازات الدفيئة ، بشكل دائم وآمن . وقد تركزت معظم جهود العزل على تخزين ثاني أكسيد الكربون _في المحيطات والتكوينات الجيولوجية العميقة والغلاف الحيوي الأرضي. ومع ذلك، يمكن تحقيق عزل الكربون على نطاق أصغر أثناء إنتاج الإسمنت. فعند دمج غبار أفران الأسمنت (CKD) مع ثاني أكسيد الكربون _{، يتم} تثبيته . وتتمثل الميزة الرئيسية للكربنة المعدنية في تكوين معادن الكربونات مثل الكالسيت (CaCO3 ₎ والمغنيسيت (MgCO3 ₎ ، وهي منتجات نهائية معروفة بثباتها على مدى فترات زمنية جيولوجية طويلة. ^{[ 3 ]}

تُقيّم دراسات تقييم دورة الحياة (LCAs) الآثار البيئية لمنتج أو عملية ما. وتُقيّم معظم هذه الدراسات الأثر البيئي على مدار دورة حياة المنتج أو العملية بأكملها (من المهد إلى اللحد).

تُعدّ تقييمات دورة حياة المنتج من المهد إلى اللحد عملية معقدة. وبالنسبة للأسمنت، فإنّ تقييم دورة الحياة هذه صعبٌ للغاية نظرًا لتعدد استخداماته النهائية، ولكل استخدام دورة حياة فريدة ومعقدة في كثير من الأحيان. لذا، فإنّ التقييمات التي تمت مراجعتها هنا هي دراسات "من المهد إلى البوابة". تُقيّم هذه الدراسات آثار إنتاج الأسمنت بدءًا من استخراج المواد الخام وصولًا إلى التعبئة والتغليف والشحن. وبالتالي، لا يشمل هذا التقييم الاستخدام النهائي للأسمنت والتخلص منه. ^{[ 1 ] [ 4 ]}

تشترك جميع تقييمات دورة الحياة في هدف واحد، وهو تقييم آثار المنتج أو العملية على البيئة، وتحديد الموارد اللازمة لإنتاج ذلك المنتج أو العملية واستخدامه والتخلص منه. وعلى الرغم من هذا الهدف المشترك، إلا أن هناك العديد من المنهجيات المتنوعة المستخدمة لتحقيقه.

أجرى هانتزينجر وزملاؤه دراسة تقييم دورة حياة الأسمنت من المهد إلى البوابة، وقارنوا بين العمليات التقليدية وعمليات التصنيع البديلة. استخدمت دراسة تقييم دورة الحياة المنهجية التالية: ^{[ 1 ]}

1. تم تحديد نطاق عملية إنتاج الأسمنت المراد تقييمها (حدود التحكم).
2. تم تحديد قائمة المخرجات والمدخلات.
3. تم تقييم بيانات الأثر البيئي الموجودة في الأدبيات.
4. تم تفسير النتائج وتقديم اقتراحات للتحسين.

أجرى جوزا وزملاؤه تحليلًا مقارنًا للأثر البيئي الناتج عن إنتاج 16 منتجًا من منتجات الأسمنت في الاتحاد الأوروبي. وقد استُخدمت منهجية CML 1992 في تقييمهم الشامل لدورة حياة المنتج. CML 1992 هي منهجية تركز على حل المشكلات، وقد وُصفت في منشور صادر عن مركز الدراسات البيئية بجامعة ليدن. مراحل هذه المنهجية هي: ^{[ 4 ]}

1. تم إعداد قائمة جرد دورة الحياة (LCI). تحدد قائمة جرد دورة الحياة المواد المستخدمة والملوثات المنبعثة والطاقة المستخدمة أثناء إنتاج المنتج.
2. تم تطوير تقييم الأثر البيئي لدورة الحياة (LCIA) لكل منتج من منتجات الأسمنت.
3. تمت مقارنة وتحليل تقييمات دورة الحياة. ^{[ 4 ]}

يُبين الجدول 1 الملوثات المنبعثة من إنتاج الإسمنت. وكما ذُكر سابقًا، فإن الجزء من دورة حياة المنتج قيد الدراسة يمتد من استخراج المواد الخام إلى التعبئة والتغليف والشحن. وقد اعتبر الباحثون نتائج تقييم 16 منتجًا من الإسمنت غير متسقة، ورجّحوا أن يكون سبب هذا التباين هو اختلاف تعريفات حدود التحكم لكل منتج. ولأغراض هذه الموسوعة، تم حساب متوسط ​​نتائج المنتجات الخمسة الأكثر اتساقًا، والتي تمثل 5 منتجات من الإسمنت من النوع الأول من الاتحاد الأوروبي. ^{[ 4 ]}

يوضح الجدول 1 المكونات الرئيسية المنبعثة من إنتاج الإسمنت، وهي ثاني أكسيد الكربون (CO₂) _، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂ ₎ ، وأكاسيد النيتروجين (NOₓ _{) . ويُشكل ثاني} أكسيد الكربون النسبة الأكبر من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري . أما الانبعاثات التي تُساهم في التحمض، فتُشكل أكاسيد النيتروجين النسبة الأكبر منها _. وتُقاس انبعاثات التخثث بوحدة غرام من مُركب الفوسفات المكافئ (PO₄ ₎ لكل كيلوغرام من الإسمنت. بينما تُقاس انبعاثات الغبار والضباب الدخاني الشتوي بوحدة غرام من الجسيمات العالقة لكل كيلوغرام من الإسمنت.

تُعرض نتائج دراسة هانتزينجر وآخرون ^{[ 1 ]} في الجدول 2. يُبين الجدول 2 درجات الأثر البيئي لأربعة منتجات إسمنتية. تُستخدم هذه الدرجات لمقارنة التقنيات المختلفة، وهي مؤشر للعوامل البيئية المتأثرة بإنتاج الإسمنت. يُقلل استخدام البوزولان كبديل للكلنكر (الإسمنت المخلوط) من درجة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من 0.088 إلى 0.069. أما إعادة تدوير غبار أفران الإسمنت (CKD) واستخدامه في عزل ثاني أكسيد الكربون، فكان لهما تأثير طفيف على درجات الأثر البيئي.

قد تكون تقييمات دورة حياة المنتج، من المهد إلى البوابة، مفيدة في دراسات إضافية. ويمكن استخدام هذه النتائج في تقييمات دورة حياة المنتج، من المهد إلى اللحد، لاستخدامات نهائية محددة للأسمنت، مثل تقييم دورة حياة الأرصفة الخرسانية. يُعد فهم تأثيرات الأسمنت في كل مرحلة من مراحل دورة حياته أمرًا بالغ الأهمية لوضع إنتاج منتجات الأسمنت في المستقبل ضمن منظور عالمي. ومن المأمول أن تُسهم هذه الدراسات، التي تُغطي دورة حياة المنتج من المهد إلى البوابة، في توفير هذا الفهم، وقد تُفيد في تحديد آليات جديدة للحد من الآثار البيئية لإنتاج الأسمنت.

• ويكيبيديا: تقييم دورة الحياة
• رابطة أسمنت بورتلاند
• مفكر ملموس
• ما هي الكلنكرات الإسمنتية؟