לבנות בתים מבד
מחקר ישראלי מציע להחליף את מוטות הפלדה הנפוצים בתעשיית הבניין בבדי פחמן - פתרון שיחסוך את השימוש בבטון, ויאפשר ליצור מבנים אסתטיים יותר וידידותיים יותר לסביבה
כאשר חושבים על גורמים שפולטים פחמן דו-חמצני לאטמוספירה, ותורמים בכך לשינוי האקלים ולזיהום האוויר, לרוב לא חושבים על הבניינים שאנחנו חיים ועובדים בהם. אך למעשה, כשמביאים בחשבון את פליטות הפחמן הדו-חמצני הכרוך ביצור חומרי הגלם לבנייתם ובשימוש בהם, מתברר שהמבנים שלנו פולטים כ- 39 אחוז מפליטות הפחמן הדו-חמצני בעולם (כאשר כוללים את תהליכי הפקת חומרי הבנייה, הובלתם, תהליך הבניה וצריכת האנרגיה של הבניינים המאוכלסים) - יותר מהתעשייה (30 אחוז) והתחבורה (22 אחוז).
עוד כתבות בזווית - סוכנות ידיעות למדע ולסביבה :
ביולוגי? מתכלה? או שזה בכלל לא משנה? הכחדת הצמחים הגדולה ויטמין די לא בסביבה
למעשה, ייצור של טון אחד של בטון משחרר טון אחד של פחמן דו-חמצני, אחד מגזי החממה הנפוצים ביותר. כמות הבטון שבה נעשה שימוש בבנייה גדולה במיוחד, מכיוון שהיא צריכה לכסות את מוטות הפלדה שמייצבים את המבנה ונוטים להחליד. חומר בנייה חדש שנחקר בישראל יכול להוות פתרון סביבתי, שגם יאפשר גיוון אדריכלי - שימוש בבדי פחמן במקום מוטות פלדה.
האמת על הצמנט
תעשיית ייצור החומרים לתחום הבנייה היא עתירת אנרגיה ומובילה לזיהום נרחב. תהליך מיצוי חומרי הבנייה ממחצבים שונים בעייתי מאוד מבחינה סביבתית: כריית החומרים פוגעת בנוף, גורמת לפיזור חלקיקים נשימים זעירים ואבק בסביבה הבנויה, ועלולה להוביל גם לזיהום של קרקעות ומקורות מים.
תהליך ייצור הבטון כולל שריפת חומרים בטמפרטורות גבוהות מאוד ( 600-2000 מעלות צלזיוס), שמובילה לשחרור של תחמוצות גופרית, תחמוצות חנקן, תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) ומתכות כבדות כגון ונדיום (Vanadium). נוסף על כך, הכרייה מובילה לחשיפה של סלעים שנמצאים בעומק הקרקע, אשר במפגש עם האוויר ומי השטח יוצרים חומצות. חומצות אלה והמתכות שנפלטות מגיעות לקרקעות ולמקורות המים באזור הכריה ומזהמות אותם.
בין אם מדובר בבניינים רבי קומות או בבתים צמודי קרקע, חומר הבנייה העיקרי ברוב מדינות העולם הוא בטון. היתרונות של הבטון מבחינת המבנים עצמם רבים - הוא עמיד בתנאי אקלים משתנים וגם זול. עם זאת, הייצור שלו בעייתי מבחינה סביבתית. אחת הבעיות הגדולות של הבטון היא החומר שמרכיב אותו, צמנט, אשר מחבר בין החצץ לחול. על מנת לייצר את הבטון נעשה שימוש בצמנט - שילוב של חול וחלקיקים קטנים - שאותם מחממים בטמפרטורות גבוהות במיוחד.
תהליך זה דורש שימוש בכמויות אנרגיה עצומות. נוסף על כך, תעשיית הבנייה היא אחד מצרכני המשאבים הטבעיים הגדולים ביותר, ואחראית ל-24% מסך השימוש במשאבים טבעיים בעולם.
יציב, אבל מחליד
בשל העובדה שהבטון הוא חומר שנשבר בקלות, הוא נוטה לכשלים משמעותיים כאשר מכופפים אותו או מותחים אותו במהלך הבנייה. כדי לפתור את הבעיה, נעשה בעידן המודרני שימוש במוטות פלדה כ"שלד" של הבניינים, שמקנים למבנה יציבות רבה יותר - אך למרבה האירוניה, מובילים בתורם לשימוש נרחב יותר בבטון.
"במוטות הפלדה נעשה שימוש על מנת לשאת את עומסי המתיחה באלמנטי הבטון בבניינים", מסבירה פרופ' עלווה פלד, חוקרת במחלקה להנדסת בניין באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. "המוטות נמצאים בשימוש כבר כ-200 שנה, והם בעלי תכונות קונסטרוקטיביות טובות במיוחד. הקושי העיקרי הוא שהפלדה הזו נוטה לקורוזיה - המוכרת לנו יותר בשם חלודה - כאשר היא חשופה לאוויר וללחות. לאחר שמתחילה להתפתח קורוזיה, התכונות המכניות של מוטות הפלדה משתנות, ובמצב זה הם אינם יכולים לשאת את העומסים הנדרשים מהם", מוסיפה פלד.
הפוטנציאל להיווצרות קורוזיה גורם לכך שכמות הבטון שבו משתמשים גדולה מהנדרש מבחינת יציבות המבנים. "ממקמים את המוטות יחסית עמוק בתוך אלמנט המבנה מבטון כגון קורה או עמוד, זאת על מנת שיהיה מקדם כיסוי גדול - כמות מספקת של בטון שמכסה את המוט, כך שחומרים קורוזיביים (יוני כלור שחודרים לאזור מוט, למשל) לא יחדרו דרך הבטון אל המוט", מסבירה פלד.
קושי נוסף הקשור בפלדה טמון בחוסר הגמישות שלה. מוטות הפלדה הם ישרים, וכמעט שאינם ניתנים לכיפוף. עובדה זו היא אחד מהגורמים לכך שכיום, כפי שאנחנו יכולים לראות במבנים סביבנו, כמעט כל האלמנטים שעשויים בטון בנויים מצורות מלבניות או ריבועיות. קימורים למיניהם כמעט אינם אפשריים מבחינה קונסטרוקטיבית.
השימוש במוטות פלדה, למרות יעילותו בשמירה על יציבות המבנה, כולל הגבלות רבות ומוביל לשימוש מיותר בכמויות עצומות של בטון. לאחרונה, נעשה מחקר על רכיב חדש ומפתיע שעשוי להציע פתרון לבעיה זו: בדים עשויים מפחמן.
פחמן עמיד ואינו מתכלה
בדי פחמן הם חומר שנחקר כאלמנט בנייה בעיקר בגרמניה, אך גם בארץ נעשה מחקר מתקדם בנושא. "הסיבים בבד הפחמן עשויים מחומר שמיוצר מסיבי אקרילן - סיבים של בד סינתטי, שאינו מיוצר מצמחים או בעלי חיים", מספרת פלד. "עבור הכנת הבד, אנחנו יוצרים סיב שהוא נקי יחסית מאטומים שאינם אטומי פחמן, כ-98 אחוזים ממנו הם פחמן טהור. התכונות המכניות של הבד טובות, והוא מסוגל, כמו מוטות פלדה, לשאת עומסי מתיחה גדולים במיוחד. למרות שבד הפחמן דק בהרבה מהפלדה, הוא חזק מאוד ועומד במתיחה משמעותית. חוטי הבד עבים מחוטי הבדים שאנחנו לובשים, והחוטים בו מצופים באפוקסי (פולימר קשיח) על מנת להקשיח אותו. לרוב, לוקחים כמות גדולה של סיבי פחמן ויוצרים ממנה חוט, ומהחוטים מייצרים מבנה רשת של בד. ממה שרואים במחקרים עד כה, בד הפחמן עמיד מאוד ואינו מתכלה. היום כבר משתמשים בבדים אלה הרבה, עבור אביזרי ספורט (אופניים, מגלשיים, מוטות קפיצה ועוד), במכוניות ואף בבניית מטוסים".
השימוש שנעשה כיום במבנים במוטות פלדה, שכאמור נוטים לקורוזיה, גורם גם לכך שאורך חייהם קצר יחסית. ואכן אנו עדים כיום לתוכניות לאומיות לחיזוק מבנים ישנים, עד כי בחלק מהמקרים יש צורך אף בהריסה של המבנים ובנייתם מחדש. הריסה כזו מהווה גם היא בעיה סביבתית שמייצרת פסולת בניין מיותרת. לפי התקן הלאומי כיום, מבנים חדשים אמורים להיות עמידים ל-50 שנים לפחות. ככל הנראה, כאשר יימצא תחליף למוטות הפלדה, תתאפשר בניית מבנים שיחזיקו מעמד שנים רבות יותר. אך מכיוון שהמחקר בנושא צעיר יחסית, קיים חוסר ודאות בנושא.
"כרגע נראה שאורך החיים הצפוי של מבנים שמחוזקים על ידי בדי פחמן יהיה ארוך הרבה יותר מאלה המחוזקים במוטות הפלדה. הפנתאון ברומא לדוגמה עשוי בטון ואינו מכיל מוטות פלדה, וקיים כמעט 2,000 שנה", מוסיפה פלד.
יקר, אך משתלם
חשוב לצין שכיום נראה שייצור בד הפחמן יקר יותר מייצור פלדה. עם זאת, חישובים ראשוניים מראים שאם מתייחסים גם להפחתת כמות הצמנט הנחוץ כאשר אין צורך להגן על הפלדה מקורוזיה, נראה שמחירי הבנייה לא יעלו על המחירים בשוק כיום.
רווח נוסף הוא הגמישות של הבדים. שלא כמו מוטות הפלדה, שעמידים רק תחת לחץ ומשקלים גבוהים שמונחים עליהם, בדי הפחמן יוכלו להיות עמידים גם כאשר ימתחו אותם ויכופפו אותם, ולא רק כאשר הלחץ יופעל מעליהם. לכן, נוסף על היתרון הסביבתי, השימוש בהם יאפשר בניית מבנים ייחודים, בעלי צורות מגוונות הרבה יותר מהקיים כיום. במעבדתה של פלד נעשה גם ניסיון לבנות מבדי הפחמן אלמנטים חלולים. אלמנטים כאלה יפחיתו אף יותר את הצורך בכמויות גדולות של בטון, ויהפכו את המבנים לקלים יותר.
נוסף על כל אלה, נעשה בימים אלה גם מחקר שמטרתו למצוא תחליפים לבטון עצמו. גם כאשר ייעשה שימוש נרחב בבדי פחמן, ימשיך להיות שימוש מסוים בבטון וייצורו ימשיך להוות נטל סביבתי. מעבדות אחרות במחלקה להנדסת בניין באוניברסיטת בן-גוריון עוסקות בנושא זה, ונעשה בהן ניסיון למצוא חומר קונרסטרוקטיבי שאינו מבוסס על צמנט.
כיום, קיימים מספר מקומות בהם נעשה שימוש בבד הפחמן לבנייה, כגון גשרים וסככות בגרמניה. הצפי הוא שהשימוש בבדי הפחמן ילך וייעשה נרחב יותר. שני היתרונות שגלומים בו - יכולתו להפחית את ייצור הבטון המזהם, והאפשרות ליצור מבנים אסתטיים וייחודיים - הופכים את המחקר שלו לבעל ערך סביבתי ואדריכלי גדול. כיום, הצמנט בבטון הוא החומר שנמצא בשימוש הרחב ביותר לנפש אחרי מים, והפחתה של הכמות שלו תהיה בעלת ערך סביבתי עצום.
הכתבה הוכנה על ידי זווית - סוכנות ידיעות למדע ולסביבה
לפנייה לכתב/ת 
