عملکرد سنگ
مقدمه
سنگ یک ماده طبیعی است. به عنوان مثال در مورد آجر، جایی که ماده طبیعی (خاک رس) باید در یک کوره پخته شود (فرآیندی که حدود 85 درصد EE آن را نشان می دهد)، این کار برای سنگ در طبیعت انجام می شود.
سنگ “از پیش ساخته شده” است. با این حال، قبل از اینکه بتوان از آن به عنوان سنگ ابعادی استفاده کرد، باید به آن دسترسی داشت، استخراج شده و سپس روی آن کار کرد. این موارد قطعأ تأثیرات زیست محیطی دارند و یک ابزار عینی برای ارزیابی آنها (در مقایسه با مواد دیگر) با ارزیابی تأثیرات انرژی و دی اکسید کربن هر مرحله، که در محصول نهایی «تجسم» می یابد، فراهم می شود.
انرژی تجسم یافته (EE) مقدار انرژی مورد نیاز برای استخراج، فرآوری و انتقال مواد به نقطه مورد استفاده یا کاربرد است. کربن تجسم یافته (EC) مقدار CO2 مرتبط با این روش است که در محیط زیست آزاد می شود و شامل دی اکسید کربن آزاد شده توسط سوخت ها می شود.
اما برای مثال، هنگام سوزاندن سنگ آهک برای تولید آهک یا سیمان، دی اکسید کربن خارج شده را نیز شامل می شود. توجه داشته باشید که این فرآیند سوزاندن در استخراج یا تولید سنگ های ابعادی کاربرد ندارد.
اندازه گیری انرژی تجسم یافته EE و کربن به طور عملی در سطح cradle-to-gate (C-G) ارزیابی می شود که معادل انرژی و کربن مورد نیاز برای استخراج، فرآوری و تحویل مواد به محل فروش است. در زمینه سنگ طبیعی، این امر از معدن تا محل تأسیسات فرآوری را شامل می شود.
البته، انرژی یا کربن واقعی متحمل شده شامل حمل و نقل محصول نهایی به نقطه کاربرد یا محل استفاده (cradle-to-site (C-S)) و هرگونه جابجایی پس از آن است. اگرچه این پدیده به طور گسترده ای متفاوت است و تمرکز بر ارزیابی یک چرخه عمر قراردادی (LCA) برای یک پروژه خاص است. سومین سطح محاسبات cradle-to-grave است که تخریب و دفع نهایی محصول را در نظر می گیرد.
انرژی تجسم یافته EE و کربن سنگ ابعادی نه تنها محصول نهایی بلکه ضایعات مرتبط با توسعه محصول را نیز در بر می گیرد. این تقسیم تأثیر، تخصیص نامیده می شود و به محصول اولیه (یعنی سنگ ابعادی) برمی گردد. ارقام EE/EC در جداول زیر باید با در نظر گرفتن این واقعیت که معادن بریتانیا تقریباً هیچ زباله ای را در محل دفن زباله تولید نمی کنند، مشاهده شود.
این مجادله به ویژه در مورد اسلیت که حدود 90٪ ضایعات در توسعه اسلیت های ابعادی ایجاد می کند، رایج می شود که لزوماً در ارقام نسبتاً بالایی منعکس می شود. برش های سنگ، خرده سنگ ها، سنگدانه ها و غیره همگی محصولات جانبی قابل فروش هستند. با این حال، آنها هیچ یک از تأثیرات EE/EC را به خود اختصاص نمی دهند: محصول اولیه “متحمل هزینه می شود”.
انرژی تجسم یافته EE و ردپای کربن سنگ
بیشتر ردپای EE/EC سنگ طبیعی ابعادی به دلیل فرآوری بلوک ها پس از استخراج است و فضای کافی برای کاهش بیشتر ارقام فعلی وجود دارد: Crishna و همکاران (۲۰۱۱) نشان دادن که حدود 90 تا 95 درصد EC مربوط به ماسه سنگ ابعادی تنها مربوط به مرحله فرآوری است. تجهیزات فرآوری با انرژی تجدیدپذیر می توانند ردپای EE/EC سنگ را به سطوح بسیار پایینی برسانند.
سنگ طبیعی دارای انرژی تجسم یافته EE و ردپای کربن پایین است (جدول ۱۲.۳ و ۱۲.۴). با این حال، مقایسه عینی بین مصالح ساختمانی در زمینه های مختلف دشوار است: مصالح بنایی معمولاً در سازه های سنگین استفاده می شوند، در حالی که مواد مرتبط با ردپای EE/EC بالاتر، اغلب سبک تر هستند. این مشکل به مرور توسط LCA برای سازه ها حل می شود، اگرچه می توان با مقایسه ساختارها در راهنمای سبز BRE (اندرسون و همکاران، 2009) دیدگاهی راجع به مقاصد مقایسه ای به دست آورد.
زمینه موضوع استفاده به خوبی در اسلیت نشان داده شده است. در حالی که کاربرد غالب اسلیت به عنوان مصالح سقفی است، استثنائاتی وجود دارد که از آنها در دیوارهای سازه ای استفاده می شود. بنابراین، ارزیابی واحد سطح ردپای EE/EC ضروری است.
جدول ۱۲.۳ – ردپای کربن تجسم یافته از سنگ های طبیعی منتخب موجود در مطالب منتشر شد
کربن تجسم یافته از سنگ ابعادی (cradle-gate)
| منبع | ماسه سنگ (kgCO2/t) | سنگ آهک (kgCO2/t) | گرانیت (kgCO2/t) | اسلیت (kgCO2/t) |
|---|---|---|---|---|
| Hammond و Jonnes (2008) a | ۶۰ | ۹۰ | ۷۰ | ۶۳ - ۷ |
| Crishna و همکاران (2011) | ۶۴ | - | ۹۳ | ۲۳۲ |
| دانشگاه تنسی b | - | ۱۰۵ | ۶۲ | ۲۸ |
a فهرست کربن و انرژی Hammond و Jonnes (ICE)
b دانشگاه تنسی (2008a–c, 2009)
جدول ۱۲.۴ – ردپای انرژی تجسم یافته از سنگ های طبیعی منتخب موجود در مطالب منتشر شده
انرژی تجسم یافته از سنگ ابعادی (cradle-gate)
| منبع | ماسه سنگ (MJ/t) | سنگ آهک (MJ/t) | گرانیت (MJ/t) | اسلیت (MJ/t) |
|---|---|---|---|---|
| Hommand و Jonnes ICE | (؟)1000 | 410 | 4100 | 1400 - 30 |
| دانشگاه تنسی | a | 964 | 5908 | 208 |
a توجه: پردازش داده ها از دانشگاه تنسی در دسترس نبود. با این حال، هزینه استخراج کمتر از سنگ آهک بود و تکنیک های فرآوری / پرداخت برای تولید سنگ ابعادی کاملاً بین ماسه سنگ و سنگ آهک قابل مقایسه است.
کوچک بودن مخزن داده های اثرات زیست محیطی انرژی تجسم یافته EE و کربن سنگ طبیعی ابعادی مورد توجه نویسندگان منجر به انحراف نسبتاً زیاد شده است. ارقام ذکر شده در جداول ۱۲.۳ و ۱۲.۴ عمدتاً شامل انرژی (و تاثیر CO2 مربوطه) در فرآوری سنگ استخراج شده است. در چند منبع موجود به نظر می رسد که ارقام EE با ارقام EC مطابقت خوبی ندارد. ارقام نشان داده شده برای “ضایعات” مرتبط با محصول نهایی (سنگ ابعادی) در نظر گرفته شده است که برای اسلیت بسیار زیاد است.
با این حال، Crishna و همکاران (۲۰۱۱) مشاهده کردند که با توجه به اینکه در عمل ضایعات معادن سنگ صفر هست و با در نظر گرفتن ردپای زیست محیطی سنگ بر روی کل مواد تولید شده (شامل محصولات ثانویه نظیر قلوه سنگ و خرده سنگ و غیره)، می توان نشان داد که اسلیت نسبت به سایر سنگ های ساختمانی تاثیر کربن کمتری دارد.
به طور کلی با تفسیر داده ها و با در نظر گرفتن مقادیر متوسط در منابع مختلف، واضح است که سنگ طبیعی در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی معمولی، ردپای محیطی پایینی از خود نشان می دهد (جدول ۱۲.۵).
ملاتی که سنگ با آن چیده می شود، بخش عمده ای از دیوارهای سنگکاری را به ویژه در جاهایی که واحدهای بنایی کوچک هستند، نشان می دهد (مثلاً در آجرکاری به تعداد بیشتری از اتصالات نیاز دارند). به طور سنتی، مصالح سنگی با ملات آهک چیده می شد. مانند سنگ طبیعی، مخزن داده ها برای ملات آهک به نسبت کوچک است و برخی از اختلافات را باید در ادبیات مربوط به ردپای محیطی آن نسبت به ملات سیمان یافت (به عنوان مثال، Hammond and Jones, 2008; De Vekey, 2005; Reddy and Jagadish, 2003).
جدول ۱۲.۵ – ردپای کربن تجسم یافته از مصالح ساختمانی منتخب اقتباس از Hammond و Jonnes (ICE)
| مصالح | کربن تجسم یافته (kgCO2/t) |
|---|---|
| آلومینیوم (معمولی) | 8240 |
| پانل روکش (الیاف سیمانی، روکش رنگی) | 1280 |
| بتن (RC28/35) | 139 |
| بلوک بتنی: 8 MPa | 59 |
| بلوک بتنی: 13 MPa | 100 |
| بلوک بتنی: AAC | 375 – 240 |
| آجر: نما | 520 |
| آجر: معمولی | 230 |
| شیشه (سخت شده) | 1350 |
| فولاد: معمولی | 1460 |
| فولاد: ورقه ای | 1660 |
| فولاد: قطعه ای | 1530 |
| الوار: چوب سخت | 470 |
| الوار: چوب نرم | 450 |
| ماسه سنگ a | 62 |
| سنگ آهک a | 98 |
| گرانیت a | 75 |
| اسلیت a | 96 |
توجه: تمام مقادیر مربوط به بریتانیا است.
a میانگین از جدول ۱۲.۳
دمای کمتر سوختن آهک لزوماً یا مستقیماً باعث صرفه جویی زیست محیطی نمی شود، زیرا معمولاً مدت زمان سوختن طولانی تر است. با این حال، ملات های آهکی دارای یک مجموعه کربناته هستند که میزان CO2 خارج شده در هنگام سوختن سنگ آهک را دوباره جذب می کند.
این امر به ویژه در مورد آهک های بتونی که به طور کامل توسط کربناته شدن گیر می کنند و CO2 جابجا شده را به طور کامل بازجذب می کنند، صادق است؛ انتهای پایینی آهک هیدرولیکی طبیعی (NHL) (به عنوان مثال، NHL 2) به طور مشابه درجه بالایی از کربناته شدن را نشان می دهد.
تفاوت کمی بین ملات NHL 3.5 و NHL 5 از نظر نسبت مربوط به مجموعه کربناته آنها مشاهده می شود (Hughes and Swann, 1998).
تشکیل ترکیبی که نیاز به مجموعه کربناته دارد (پورتلندیت) به شدت تحت تأثیر شیمی فاز است، اما به طور کلی هرچه دمای سوختن کمتر باشد، نسبت پورتلندیتی که تشکیل می شود و برای کربناته شدن در دسترس است، بیشتر خواهد بود.
برای ملات های هیدرولیک تر (NHL 3.5، NHL 5 و سیمان)، کانی شناسی و دمای سوزاندن بالاتر منجر به تشکیل نسبت کمتری از پورتلندیت شده، و در نتیجه کربناته شدن کمتر است.
کربناته شدن یک فرآیند پیچیده مربوط به پورتلندیت موجود، انتشار ماتریس منافذ و شرایط محیطی است.
با توجه به موارد فوق، استفاده از آهک های ضعیف تر و با کربنات بالا تائید شده است. Reddy و Jagadish (۲۰۰۳) مشاهده کردند که ملات های آهکی: پوزولانا کمترین تأثیر زیست محیطی را در بین همه ملات های ساختمانی مورد مطالعه از جمله ملات های سیمانی دارند.
جدول ۱۲.۶ چکیده ای از فهرست کربن و انرژی هاموند و جونز (ICE) داده های ملات سیمان و نزدیکترین مخلوط موجود برای نشان دادن ملات آهک را نشان می دهد.
جدول ۱۲.۶ – اثرات زیست محیطی ملات های ساختمانی اقتباس از Hammond و Jonnes (ICE)
| مشخصات | آهک (L:A) | آهک اندازه گیری شده (C:L:A) ۱:۲:۹ | سیمان (C:A) (۱:۳) |
|---|---|---|---|
| انرژی تجسم یافته (MJ/t) | - | ۱۰۳۰ | ۱۳۳۰ |
| کربن تجسم یافته (kgCO2/t) | - | ۱۴۵ | ۲۰۸ |
ارزیابی تفاوت بین cradle-to-gate و cradle-to-site در بین سنگ ها به دلیل دسترسی به منبع داده واحد دشوار است. با این حال، جدول ۱۲.۷ امکان مقایسه بین سنگ تولید شده در داخل و سنگ وارداتی از خارج را فراهم می کند. ارقام وارداتی ذکر شده با فرض کوتاه ترین / عملی ترین مسیر توسط Crishna و همکاران (2011) به دست آمده است و این پردازش در کشور مبدا انجام شد.
هر چه سنگ دورتر از منبع قرار گیرد، ردپای محیطی آن چندین برابر افزایش می یابد. جدای از مزایای پایداری کمتر قابل سنجش ناشی از ترویج اشتغال محلی روستایی و حفاظت از متمایز بودن محلی، پشتیبانی آشکار برای استفاده از سنگ های بومی در شرایط انرژی تجسم یافته EE و کربن نشان داده شده است.
