بيان سالم النعمان
تكلمت في مقالة سابقة في مجلة (شايان) [1] عن الخرسانة المسلحة وأضرارها البيئية، مع العلم ان الخرسانة المسلحة مادة متينة durable واقتصادية وذات عمر طويل عند الاعتناء بانتاجها وتنفيذها، وهي مادة ستبقى لا يستغنى عنها في المستقبل، ولذلك فهي تستخدم في بناء منشآت البنى التحتية infrastructures وتساهم بذلك في توفير الأمان والصحة والرفاهية للمجتمع وحماية بيئته.
وتتمثل أضرارها البيئية في ارتفاع ما يسمى “الطاقة المتجسدة” embodied energy لها وهي كمية الطاقة المصروفة لانتاجها وصيانتها وهدمها بعد انقضاء عمرها والتخلص من انقاضها. ان هذه الطاقة المصروفة عزيزة وربما لا يمكن تعويضها ولاحقا سيتسارع نضوبها من الطبيعة مما يؤدي الى الحاق الضرر بالأجيال القادمة وهذا خلاف مبادئ التنمية المستدامة.
والضرر الآخر وهو حديثنا في هذه المقالة هو الانبعاث الكبير لغاز ثاني أوكسيد الكاربون CO2 الضار للبيئة فهو الغاز الرئيسي ضمن مجموعة الغازات المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري Green House Gases وذلك يحدث خلال المراحل المختلفة لانتاج الخرسانة وبشكل خاص عند صناعة السمنت التي تشكل المصدر الرئيسي لهذا الضرر حيث تمثل كمية غاز CO2 المنبعثة منها اكثر من 5% من كمية غاز CO2 المنبعثة من النشاط البشري عموما؛ ان انتاج طن واحد من السمنت يؤدي الى انبعاث ما يزيد على طن واحد من غاز CO2.
ويبرز هنا مصطلح “الكاربون المتجسد” embodied carbon الذي يعرف بأنه مقدار انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري Green House Gases وهي مجموعة غازات يمثل غاز ثاني أوكسيد الكاربون أعظمها كميةً، ووحداته (kg CO2-e)/ (كغم غاز CO2 المكافئ لمجموعة الغازات). تنبعث هذه الغازات من أعمال التعدين والتصنيع والنقل والتركيب والانشاء والصيانة والهدم والتخلص من أنقاضه.
ويلاحظ مما تقدم ان الانبعاثات تحدث خلال “دورة حياة” المنتوج؛ ومنتوجنا هنا الخرسانة المسلحة. لذلك تأخذ الدراسات التقييمية البناية الخرسانية بأكملها من انشائها حتى هدمها بعد عمر طويل والتخلص من انقاضها. يسمى هذا التقييم “تقييم دورة الحياة” Life Cycle Assessment LCA، وهو أسلوب منهجي لتجميع المدخلات والمخرجات وتحليلها مع احتمالات التأثيرات البيئية لتلك البناية. ان LCA للمنتجات او المواد يحدد “تسميات المكونات Ingredient labels” للمواد الداخلة في صناعة اي منتوج بما يسمى اعلانات المنتوج البيئي Environmental Product Declaration EPD، ويظهر مفصل مهم من التقييم هو (امكانية الاحترار العالمي Global Warming Potential GWP، وهو مفصل رئيسي في حسابات “تقييم دورة الحياة” للبناية بأكملها وهو يضع قائمة لما يسمى GWP لجميع المنتوجات المختلفة في العالم.
كلما ارتفع رقم GWP، ارتفعت المخاطر الخاصة بالانبعاثات الغازية المضرة بالبيئة، وكمثل، في عام 2021 استنادا الى رابطة السمنت البورتلاندي الامريكية، فأن GWP لمائة سنة للسمنت كثيف الكاربون كان (922 kg CO2) أما في عام2016 كان الرقم (1040 kg CO2). وهناك محاولات من السعي الحالم بمنشآت خالية من الكاربون. والطموح خلال 30 سنة! وهذا سعي طموح للغاية بهدف الحصول على استدامة متفوقة.
هناك مبادرة في الولايات المتحدة [2] وقع عليها 101 مكتب هندسي استشاري بمبادرة من معهد المهندسين الانشائيين للجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين، وهي (برنامج الالتزام 2050 للمهندسين الانشائيين) وتنص على: “يجب على جميع المهندسين الانشائيين فهم وتقليل وازالة الكاربون المتجسد في مشاريعهم بحلول عام 2050”. وقد أعقب أحد المبادرين قائلا: “أعرف أنه هدف مجنون، ولكن ليس لدينا خيار”.. “اذا لم نبدأ بجمع المجتمع معا ونذهب نحو هدفنا الصعب، ستكون لدينا بعض القضايا المجتمعية الوخيمة”، يشير الى اثار الاحتباس الحراري على المجتمع. ان النجاح في هذا المسعى يعتمد على عدة عوامل أهمها “تخضير greening” شبكة الكهرباء والطاقة اضافة الى الاسناد والدعم من المالكين والصناعيين والمستثمرين والمعمارين والمقاولين ومجهزي المواد.. الخ.
ان المهندسين الانشائيين يدركون العوائق للوصول الى تنفيذ المنشآت صفرية الكاربون، ومن هذه العوائق خمول الصناعة الانشائية ومقاومة التغيير والخوف من المخاطرة.. الخ. هناك مشكلة اخرى وهي سوء فهم بمفهوم البناء واطئ الكاربون، حيث يظن الكثيرون انه اكثر كلفة ويأخذ وقتا أطول لتنفيذ المشاريع.
ان المجتمع الانشائي مازال يجب عليه ان يجري اجراء صادما للكاربون المتجسد الانشائي، وكمهنة فنحن مازلنا في “طور الفهم” في موضوع تخفيض الكاربون المتجسد. يجب ان يتم تعليم المجتمع الصناعي بأكمله الذي لم يتعلم ذلك في الجامعات والمدارس. ويجب ان يعلم بأنه يتعين عليه خلق معايير جديدة.
دور المهندس الانشائي
وبعيدا عن اي ضغوط ، فأن الخطوة الأولى نحو الاستدامة الانشائية يمكن ان يقوم بها المهندس الانشائي هي اختيار افضل نظام انشائي، وأفضل تخطيط لتوزيع الاعمدة بكفاءة عالية، وتقليل حجوم الأعضاء الانشائية، وتقليل كميات المواد بأكبر قدر ممكن. وان افضل وسيلة فعالة لتقليل الكاربون المتجسد لمشروع ما هي القيام بتقليل حجم المواد في البلاطات والسقوف باعتبارها تمثل الكتلة الأكبر في الهيكل الانشائي.
ان التصميم الذكي الأفضل له أهمية مماثلة لما هو مطلوب من تقليل للكاربون المتجسد للمواد الانشائية، ونحن كمهندسين تصميمين نتعامل مع الخرسانة، فان اي تقليل في كمية السمنت أو في الخرسانة له أهميته. وبالنسبة للتعامل مع الفولاذ فان المقاطع التصميمية كفوءة وصناعته تعتمد على المواد المعادة، ولكن يبقى على معامل الفولاذ ان تعتمد على الطاقة البديلة المتجددة.
لقد سمح كود البناء [3] ACI 318-19 للخبير التصميمي المجاز بأن يحدد متطلبات الاستدامة في الوثائق الانشائية بالأضافة الى المتطلبات الخاصة بالمقاومة والخدمية والمتانة، كما حدد قانون اخلاق المهنة للجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين [4] ASCE code of ethics بأنه يتعين على المهندسين “ان يعطوا اقصى الأهمية للأمان والصحة والرفاهية للجمهور.. وبأن عليهم ان يبذلوا ما في وسعهم للامتثال لمبادئ التنمية المستدامة في أدائهم لواجباتهم المهنية، بالاهتمام بعدم المخاطرة بموارد ومستقبل الأجيال القادمة..”
وكما ذكر أحد المبادرين لتخفيض الكاربون المتجسد: “من الأفضل لنا ان نتحلى بالايجابية والتفاؤل، حتى في مواجهة العقبات الهائلة، وفيما يتعلق بتغيير المناخ فأن العمل هو أفضل ترياق لليأس.”
(*) كلية الهندسة، جامعة تيشك الدولية.
1) بيان سالم النعمان “كيف نجعل الخرسانة المسلحة صديقة للبيئة؟” مجلة شايان، جامعة تيشك الدولية، العدد 7 سنة 2022.
2) Nadine M. Post, “SE 2050 Is in Quixotic Pursuit of Eliminating Embodied Carbon in Building Structures” 2022,
https://enr.com/articles/55637-se-2050-is-in-quixotic-pursuit-of-eliminating-embodied-carbon-in-building-structures
3) Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary (ACI 318-19), American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2019.
4) American Society of Civil Engineers Code of Ethics https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/9780784412466.ap