Düşük Karbonlu Beton – 1

Beton, dünyada sudan sonra en yaygın kullanılan ikinci malzemedir ve ayrıca açık ara dünyanın en çok kullanılan yapı malzemesidir [1]. Dünyada yılda yaklaşık 10 milyar metreküp beton üretilmektedir. Üstün fiziksel ve mekanik özellikleri, kolay üretilmesi, sürdürülebilir olması ve diğer malzemelere göre daha ekonomik olması betonu kelimenin tam anlamıyla modern yapılı çevrenin bir temeli haline getirmektedir.

Bir yapı malzemesi olarak betonun değeri yadsınamaz; ancak iklim değişikliği ile mücadele, betonun ve beton bileşenlerinin sorgulanabilir olmasına da neden olmaktadır. İnşaatın temel dayanağı olarak beton, gelecek yıllarda yapılı çevremizde daha fazla iklim direnci elde etmek için vazgeçilmez olacak olan dayanımı, çok yönlülüğü ve dayanıklılığı gibi birçok özelliği nedeniyle de değerlidir. Ayrıca beton, kimyasal karbonatlaşma süreci boyunca ortamdaki karbonu ömrü boyunca tutma konusunda benzersiz bir kapasiteye sahiptir. 1930 ile 2019 arasında, tahmini olarak 21 milyar ton ortam karbondioksiti (CO₂) karbonatlaşma yoluyla beton ve diğer çimentolu ürünler tarafından tutulmuştur [3]. Bununla birlikte, betonun karbon ayak izi, karbonatlaşma ile tutabileceği CO₂’nin oldukça üzerindedir. Bunun nedeni, betona benzersiz yapısal özelliklerini veren bileşen olan Portland çimentosu üretim sürecinin yüksek derecede emisyon yoğun olmasıdır. Çimento, çoğu uygulamada tipik olarak hacimce betonun %15’inden fazlasını oluşturmazken, malzemenin karbon emisyonunun neredeyse %90’ını oluşturmaktadır. Küresel olarak, Portland çimento endüstrisi, toplam antropojenik CO₂ emisyonlarının %7-8’inden sorumludur ve bir ülke olsaydı, Çin ve ABD’den sonra dünyanın en büyük üçüncü yayıcısı olurdu [8]. Amerika Birleşik Devletleri’nde 92 çimento fabrikası, 2019 yılında ABD Çevre Koruma Ajansı’na (EPA) 67 milyon metrik ton karbondioksit eşdeğeri (CO_2e) emisyonu bildirdi. Bu miktar, sanayi sektörünün doğrudan bildirilen emisyonlarının kabaca %10’udur [4].

Beton antik dönemlerden beri kullanılmaktadır. Modern betonun üretim yöntemi son iki yüzyılda etkili bir şekilde değişmeden kalmıştır. Beton; farklı uygulamaların yapısal ve performans ihtiyaçlarını karşılayacak oranlarda kum ve çakıl (agrega kombinasyonu), Portland çimentosu, su, kimyasal katkı ve diğer eser bileşenlerin karışımında oluşmaktadır. Hazır beton harmanlanarak kullanım yerinde dökülerek tatbik edilir. Aynı girdilerle beton bloklar, prekast elemanlar ve diğer donatılar fabrikasyon şeklinde üretilir ve nakledilir.

Son yıllarda giderek artan düşük karbonlu üretim ve teknoloji yelpazesi, bugün hem yapısal performansı iyileştirmek hem de beton emisyonlarını azaltmak için mevcut süreçlere dahil edilmektedir. Bunlardan bazıları son derece yenilikçidir. Diğerleri ise düşük teknolojili ve pratikte zaten iyi kurulmuş, ancak çok daha kapsamlı bir şekilde konuşlandırılabilecek niteliktedir.

Başlıca emisyon azaltma stratejileri arasında çimento ikamesi, çimento fabrikası modifikasyonu ve yakıt değişimi, betonda karbon kullanımı, karbon yakalama ve depolama yer almaktadır.

Düşük karbonlu beton elde etmek zaman içinde sürekli bir ikame, modifikasyon ve optimizasyon süreci gerektirecektir. Başarılı bir süreç zorunlu olarak birçok paydaşı içerecek ve net bir iklim yükümlülüğünden gelecekte iklim açısından nötr ve hatta net faydalı bir malzemeye geçiş yapacaktır. Önümüzdeki yıllarda beton endüstrisinde inovasyon ve değişimin meydana gelme hızı, hükümetlerin politika kararlarından büyük ölçüde etkilenecek ve bu etki ile hızlanabilecektir.

“Düşük karbonlu beton” terimi, tek ve ayrı bir ürünü değil, daha geleneksel spesifikasyonlara ve uygulamalara göre tek başına veya kombinasyon halinde betonun sera gazı emisyonlarını azaltan bir yaklaşımlar yelpazesini ifade eder. Bu nedenle, “daha düşük karbonlu beton” belki daha doğru bir tanımlamadır, çünkü bu malzeme için emisyon azaltımlarının göreceli ve oldukça değişken yapısını ifade eder.

Politika yapıcıların düşük karbonlu betonla ilgili olarak dikkate alması gereken bazı önemli faktörler şunlardır:

• Betondaki emisyon azaltımları yalnızca tek bir değişiklikle değil, malzemenin tüm yaşam döngüsü boyunca kümülatif olarak elde edilebilmektedir. Buna bileşen seçimi, imalat, nakliye, inşaat süreçleri, inşaat sonrası bakım, onarım, bertaraf ve yeniden kullanım dahildir.
• Emisyon azaltımları, aynı beton karışımında veya nihai üründe bireysel azaltma faktörleri birleştirildiğinde veya yığıldığında en üst düzeye çıkar.
• Çoğu emisyon azaltımı, mevcut çimento ve beton üreticileri tarafından uygulanabilir. Betondaki karbonu azaltmak, birbirini takip eden ayrı endüstrilerin ve aktörlerin ortaya çıkmasından ziyade, büyük ölçüde yerleşik çimento ve beton üreticilerinin kararlarını ve eylemlerini içermektedir.

Beton gibi üretilen herhangi bir malzemenin kullanım ömrü boyunca birden fazla noktada karbon emisyonları üretilir. Bu emisyonlar iki kategoriye ayrılır:

• Gömülü karbon emisyonları, malzeme kullanılmadan önce ham madde çıkarımı, yukarı akış üretimi, nakliye ve imalat aşamaları sırasında meydana gelen emisyonlardır.
• Operasyonel karbon emisyonları, imalat ve inşaat sonrasında malzemenin operasyonel ömrü boyunca meydana gelir.

Betonun iklim üzerindeki etkisi, büyük ölçüde Portland çimentosu üretim süreciyle ilişkili gömülü karbon emisyonlarının bir işlevidir.

Çimento ile ilgili gömülü karbon emisyonları ayrıca “proses” ve “yanma” emisyonlarına ayrılabilir. Çimento üretimindeki emisyonların yaklaşık %60’ı, CO₂‘nin kireçtaşı kalsinasyonunun kimyasal bir yan ürünü olarak salındığı süreç emisyonlarından kaynaklanmaktadır. Kalan emisyonlar, fosil yakıtların (en yaygın olarak kömür) 1450 ^oC’ye kadar olan sıcaklıklarda yakılmasından kaynaklanmaktadır [7].

KAYNAKLAR

1. Colin R. Gagg, “Cement and Concrete as an Engineering Material: An Historic Appraisal and Case Study Analysis,” Engineering Failure Analysis 40 (May 2014): 114–40, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2014.02.004.
2. Rui Guo et al., “Global CO2 Uptake of Cement in 1930–2019,” Earth System Science Data Discussions 13, no. 4 (April 2021): 1791–1805, https://doi.org/10.5194/essd-2020-275.
3. Robbie M. Andrew, “Global CO2 Emissions From Cement Production,” Earth System Science Data 10, no. 1 (January 2018): 195–217, https://doi.org/10.5194/essd-10-195-2018.
4. U.S. Environmental Protection Agency, “U.S. Cement Industry Carbon Intensities (2019),” October 2021, https://www.epa.gov/system/files/documents/2021-10/cement-carbon-intensities-fact-sheet.pdf
5. A Design Guide To State And Local Low-Carbon Concrete Procurement, Natural Resources Defense Council 2022.
6. Meghan Lewis et al., “Environmental Product Declaration Requirements in Procurement Policies,” Carbon Leadership Forum, September 2021, https://carbonleadershipforum.org/epd-requirements-in-procurement-policies/.
7. International Energy Agency, Technology Roadmap: Low-Carbon Transition in the Cement Industry, 2018, https://iea.blob.core.windows.net/assets/cbaa3da1-fd61-4c2a-871931538f59b54f/TechnologyRoadmapLowCarbonTransitionintheCementIndustry.pdf.

BetonveCimento.com için Patreon üzerinden destekte bulunmak ister misiniz?