شاید عجیب به نظر برسد، اما پژوهشگران توانستهاند از فضولات انسانی فرآوریشده برای ساخت بتن استفاده کنند و در آزمایشهای اولیه، مقاومت این ماده را افزایش دهند. البته خبری از اضافه کردن مستقیم مدفوع به بتن نیست؛ محققان ابتدا لجن فاضلاب انسانی را به مادهای کربنی به نام «بیوچار» تبدیل کردهاند و سپس بخشی از سیمان را با آن جایگزین کردهاند.
این پژوهش توسط گروهی از مهندسان به سرپرستی راغووش تیـواری از Manipal University Jaipur در هند انجام شده و نتایج آن در مجله Scientific Reports منتشر شده است. ماده اولیه از یک مرکز تصفیه لجن فاضلاب در شهر وارانگال هند تهیه شد. پژوهشگران ابتدا لجن را خشک و سپس در محیطی با اکسیژن کم و دمای حدود ۳۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد حرارت دادند تا بیوچار تولید شود. این ماده در ادامه آسیاب و الک شد تا به پودر مناسبی برای ترکیب با بتن تبدیل شود.
محققان برای بررسی تأثیر این ماده، سه نمونه بتن ساختند که در آنها بهترتیب ۵، ۱۰ و ۱۵ درصد از سیمان با بیوچار حاصل از لجن انسانی جایگزین شده بود. سپس مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، میزان جذب آب، تخلخل و جمعشدگی بتن در زمان خشک شدن مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه نشان داد که میزان جایگزینی اهمیت زیادی دارد و افزایش مقدار بیوچار لزوماً به معنای مقاومتر شدن بتن نیست.
جالبترین نتیجه پس از ۹۱ روز عملآوری به دست آمد. نمونهای که ۱۰ درصد سیمان آن با بیوچار جایگزین شده بود، حدود ۲۱ درصد مقاومت فشاری بیشتری نسبت به بتن معمولی نشان داد. افزایش مقاومت خمشی این نمونه حتی بیشتر بود و به ۴۲ درصد رسید؛ یعنی این بتن در برابر نیروهایی که تمایل به خم کردن یا ترک دادن آن دارند، عملکرد بهتری از نمونه معمولی داشت.
نمونه حاوی ۵ درصد بیوچار نیز عملکرد قابل توجهی داشت و پس از ۹۱ روز، مقاومت فشاری آن حدود ۲۰ درصد و مقاومت خمشی آن حدود ۳۶ درصد بیشتر از نمونه مرجع بود. این ترکیب از نظر جذب آب و تخلخل نیز نتایج مناسبی داشت. در مقابل، افزایش سهم بیوچار به ۱۵ درصد باعث شد بخشی از این مزایا از بین برود و در ساختار بتن حفره، ترک و نواحی با اتصال ضعیف بیشتری مشاهده شود.
اما چرا مادهای که از لجن فاضلاب به دست آمده میتواند بتن را تقویت کند؟ یکی از توضیحات مطرحشده به ساختار متخلخل بیوچار مربوط است. این ذرات میتوانند بخشی از آب مورد استفاده در مخلوط را در منافذ خود نگه دارند و در زمان عملآوری بهتدریج آزاد کنند؛ اتفاقی که میتواند به ادامه واکنشهای شیمیایی سیمان و تشکیل ساختار متراکمتر کمک کند. ترکیبات سیلیسی موجود در بیوچار نیز ممکن است در واکنشهای پوزولانی نقش داشته باشند.
اهمیت این روش فقط به افزایش مقاومت بتن محدود نمیشود. تولید سیمان یکی از بخشهای پرکربن صنعت ساختمان است و هر فناوری که بتواند بدون افت عملکرد، بخشی از سیمان را با ماده دیگری جایگزین کند، از نظر زیستمحیطی مورد توجه قرار میگیرد. در این روش نیز همزمان دو مشکل مطرح شده است: مدیریت لجن فاضلاب و کاهش وابستگی به بخشی از سیمان مصرفی. با این حال، پژوهش حاضر هنوز میزان واقعی کاهش انتشار کربن در کل فرایند را مشخص نکرده است.
نکته مهم این است که این فناوری هنوز فاصله زیادی با استفاده گسترده در ساختمانهای واقعی دارد. پژوهشگران باید در مراحل بعدی دوام بتن در شرایط مختلف، چرخههای یخزدگی و ذوب، قرار گرفتن در معرض نمک و مهمتر از همه احتمال آزاد شدن فلزات سنگین یا سایر آلایندههای موجود در لجن فرآوریشده را بررسی کنند. بنابراین فعلاً نمیتوان از این آزمایش نتیجه گرفت که ساختمانهای آینده قرار است با «مدفوع» ساخته شوند؛ ماده مورد استفاده، بیوچار حاصل از لجن تصفیهشده است و آزمایشها نیز در مقیاس آزمایشگاهی انجام شدهاند.
با این حال، نتیجه آزمایش نشان میدهد زبالهای که معمولاً هزینه و دردسر زیادی برای تصفیه و دفع دارد، میتواند پس از فرآوری به یک ماده اولیه بالقوه برای صنعت ساختمان تبدیل شود. اگر آزمایشهای بعدی بتوانند ایمنی و دوام بلندمدت این بتن را تأیید کنند، استفاده از بیوچار لجن فاضلاب میتواند به یکی از مسیرهای جالب برای کاهش مصرف سیمان و بازیافت پسماندهای انسانی تبدیل شود.
