دانشمندان جلبک دریایی را در بتن مخلوط می‌کنند تا ردپای کربن سیمان را به سرعت کاهش دهند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه واشنگتن و مایکروسافت نوع جدیدی از بتن کم کربن را با استفاده از پودر جلبک دریایی توسعه داده‌اند.

این تیم با ترکیب جلبک سبز خشک شده با سیمان، فرمولاسیونی ایجاد کرد که پتانسیل گرمایش جهانی آن ۲۱ درصد کمتر است و در عین حال استحکام ساختاری ماده را حفظ می‌کند.

یافته‌های آنها نشان می‌دهد که چگونه ترکیب مواد طبیعی با ابزار‌های یادگیری ماشینی می‌تواند جستجوی راه‌حل‌های ساختمانی پایدارتر را سرعت بخشد.

جلبک دریایی با علم سیمان ترکیب می‌شود

سیمان، عامل اتصال حیاتی در بتن، یکی از آلاینده‌ترین مواد جهان است. این ماده مسئول تا ۱۰ درصد از کل انتشار CO₂ جهانی است که عمدتاً از مصرف سوخت‌های فسیلی و یک فرآیند شیمیایی آزادکننده کربن به نام کلسیناسیون ناشی می‌شود.

تولید یک کیلوگرم سیمان تقریباً یک کیلوگرم CO₂ منتشر می‌کند. در مقابل، جلبک دریایی هنگام رشد به عنوان یک جاذب کربن عمل می‌کند و آن را به یک افزودنی جایگزین امیدوارکننده تبدیل می‌کند.

الفتریا روملی، نویسنده ارشد و استادیار علوم و مهندسی مواد در دانشگاه واشنگتن، گفت: «سیمان همه جا هست - ستون فقرات زیرساخت‌های مدرن است -، اما هزینه‌های اقلیمی هنگفتی به همراه دارد.»

«آنچه این کار را هیجان‌انگیز می‌کند این است که ما نشان می‌دهیم چگونه یک ماده فراوان و فتوسنتزی مانند جلبک دریایی سبز می‌تواند در سیمان گنجانده شود تا انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را کاهش دهد، بدون نیاز به پردازش پرهزینه یا کاهش عملکرد.»

معمولاً رسیدن به ترکیب مناسب مواد اولیه سال‌ها آزمون و خطا طول می‌کشد، زیرا هر نمونه بتن قبل از آزمایش شدن، به هفته‌ها زمان برای عمل‌آوری نیاز دارد.

برای غلبه بر این تنگنا، تیم از یک مدل یادگیری ماشین سفارشی استفاده کرد که ترکیبات بهینه جلبک دریایی-سیمان را پیش‌بینی می‌کرد. با بازگرداندن نتایج آزمایش به سیستم، آنها فرمولاسیون را تنها در ۲۸ روز اصلاح کردند، فرآیندی که روملی تخمین می‌زند در غیر این صورت پنج سال طول می‌کشید.

روملی گفت: «یادگیری ماشین در کمک به ما برای کوتاه کردن چشمگیر فرآیند بسیار مهم بود - به ویژه در اینجا، زیرا ما در حال معرفی یک ماده کاملاً جدید به سیمان هستیم.

بتن کم کربن

برخلاف سایر افزودنی‌های سیمان که نیاز به عملیات پیچیده یا مراحل تولید دارند، جلبک دریایی سبز را می‌توان به صورت خشک و پودر شده و بدون نیاز به فرآوری پرهزینه استفاده کرد.

این امر آن را به گزینه‌ای به‌ویژه در دسترس برای تولید بتن کم‌کربن در سطح جهانی تبدیل می‌کند.

محققان با ترکیب این ماده طبیعی با یادگیری ماشینی، سیستمی را تصور می‌کنند که در آن تولیدکنندگان می‌توانند به سرعت فرمولاسیون‌های سیمان سفارشی متناسب با منابع محلی و شرایط محیطی، چه شامل گونه‌های مختلف جلبک، زباله‌های غذایی یا سایر افزودنی‌های زیستی باشد، را توسعه دهند.

این تیم اکنون قصد دارد بررسی کند که چگونه ترکیبات و ساختار‌های مختلف جلبک دریایی بر عملکرد سیمان تأثیر می‌گذارند.

هدف گسترده‌تر آنها گسترش این روش به سایر گونه‌های جلبک یا حتی ضایعات مواد غذایی است تا تولیدکنندگان در سراسر جهان بتوانند جایگزین‌های سیمان محلی و پایدار را توسعه دهند و یادگیری ماشینی فرآیند بهینه‌سازی را تسریع کند.

روملی گفت: «با ترکیب مواد طبیعی مانند جلبک با ابزار‌های داده‌ای مدرن، می‌توانیم تولید را بومی‌سازی کنیم، انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را کاهش دهیم و سریع‌تر به سمت زیرساخت‌های سبزتر حرکت کنیم.»

این یک گام هیجان‌انگیز به سوی نسل جدیدی از مصالح ساختمانی پایدار است.

این یافته‌ها که توسط بخش تحقیقات مایکروسافت تأمین مالی شده است، در مجله Matter منتشر شده است.