சீனாவின் புதுமையான சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்ட்: நிலையான நகர்ப்புறக் குளிர்விப்பில் திருப்புமுனை

சீனாவின் புரட்சிகரமான சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்ட்: இது எப்படிச் செயல்படுகிறது, ஏன் முக்கியம்?

வெப்பநிலை உயர்வு, நகர்ப்புற வெப்பத் தீவுகள், குளிரூட்டலுக்கான அதிகரித்து வரும் எரிசக்தித் தேவை ஆகியவற்றை உலகம் எதிர்கொண்டு வரும் நிலையில், சீனாவின் தென்கிழக்குப் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு ஒரு புதுமையான பொருளை அறிமுகப்படுத்தியுள்ளது: சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்ட். சூரிய ஒளியைப் பிரதிபலித்து வெப்பத்தை வெளியேற்றும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ள இந்தப் புதிய சிமெண்ட், கட்டடங்களைக் குளிர்ச்சியாக வைத்திருக்கவும், எரிசக்தி நுகர்வைக் குறைக்கவும், பருவநிலை மாற்றத்தை எதிர்கொள்ள நகரங்களுக்கு உதவவும் வாக்குறுதி அளிக்கிறது. மதிப்புமிக்க Science Advances இதழில் வெளியிடப்பட்ட இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, நகர்ப்புறச் சூழல்களை வடிவமைத்து நிர்மாணிக்கும் முறையை மாற்றக்கூடும்.

இந்தச் சிமெண்டின் தனித்துவம் என்ன?

நவீனக் கட்டுமானத்தின் முதுகெலும்பாக விளங்கும் வழக்கமான சிமெண்ட், சூரிய வெப்பத்தை உறிஞ்சி சேமித்துக்கொள்வதற்குப் பெயர்பெற்றது. இதனால் கட்டடங்கள் அசௌகரியமாக வெப்பமடைவதோடு, நகர்ப்புற வெப்பத் தீவு விளைவும் அதிகரிக்கிறது. அடர்த்தியான கட்டமைப்புகளாலும் குறைந்த தாவரப் பரப்பாலும், சுற்றியுள்ள கிராமப்புறங்களைவிட நகரங்கள் கணிசமாக வெப்பமடையும் நிகழ்வே நகர்ப்புற வெப்பத் தீவு விளைவு. சீனாவில் உருவாக்கப்பட்டுள்ள புதிய சிமெண்ட், கண்ணாடியாகவும் வெப்பத்தை வெளியேற்றும் சாதனமாகவும் செயல்பட்டு இந்த நிலையை மாற்றுகிறது: அது வரும் சூரிய ஒளியைச் சிதறடித்து, தனது மேற்பரப்பிலிருந்து வெப்பத்தை வெளியேற்றுவதால், சிமெண்டும் அதைப் பூசப்பட்ட கட்டடங்களும் மிகவும் குளிர்ச்சியாக இருக்கின்றன.

இதன் ரகசியம் அதன் தனித்துவமான கலவையிலும் கட்டமைப்பிலும் அடங்கியுள்ளது. சிமெண்டின் கிளிங்கர் துகள்களின் வேதியியல் கலவையை மாற்றி, உற்பத்தியின்போது அழுத்தம் அளிப்பதன் மூலம் நுண்ணிய அளவில் சிறப்பாக வடிவமைக்கப்பட்ட மேற்பரப்பான “மெட்டாசர்ஃபேஸ்” உருவாக்கப்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறை, எட்ரிங்கைட் எனப்படும் கனிமத்தின் மிகச் சிறிய ஒளியைப் பிரதிபலிக்கும் படிகங்கள் தாமாகவே ஒன்றுசேரவும், படிநிலைத் துளைகளின் வலையமைப்பு உருவாகவும் உதவுகிறது. இவை ஒன்றிணைந்து, சூரிய ஒளியில் 96.2%ஐப் பிரதிபலிக்கவும், வெப்பத்தில் 96%ஐ அகச்சிவப்புக் கதிர்வீச்சாக வெளியேற்றவும் சிமெண்டுக்கு அபாரத் திறனை அளிக்கின்றன.

கதிர்வீச்சு வழிக் குளிர்விப்பு எப்படிச் செயல்படுகிறது?

கதிர்வீச்சு வழிக் குளிர்விப்பு என்பது, பூமியின் வளிமண்டலத்தைக் கடந்து விண்வெளிக்குள் அகச்சிவப்புக் கதிர்வீச்சை வெளியேற்றுவதன் மூலம் மேற்பரப்புகள் வெப்பத்தை இழக்க உதவும் ஒரு செயலற்ற தொழில்நுட்பமாகும். மின்சாரம் தேவைப்படும் குளிரூட்டல் போன்ற வழக்கமான குளிர்விப்பு முறைகளைப் போலன்றி, கதிர்வீச்சு வழிக் குளிர்விப்புக்கு எரிசக்தி உள்ளீடு தேவையில்லை. சூரிய ஒளியை அதிகளவில் பிரதிபலிப்பதையும் (சூரிய ஒளியைத் திருப்பி அனுப்புவது), நடு-அகச்சிவப்புக் கதிர்களைத் திறம்பட வெளியேற்றுவதையும் இணைத்து, இந்தக் கொள்கையைப் புதிய சிமெண்ட் பயன்படுத்துகிறது. இதன் விளைவாக, நேரடி சூரிய ஒளியின்கீழ்கூட சுற்றியுள்ள காற்றைவிடக் குளிர்ச்சியாக இருக்கக்கூடிய மேற்பரப்பு கிடைக்கிறது.

செயல்திறன்: நிஜச் சூழல் முடிவுகளும் நீடித்துழைப்பும்

களச் சோதனைகள் இந்தச் சிமெண்டின் சிறப்பான குளிர்விக்கும் திறனை நிரூபித்துள்ளன. அமெரிக்காவின் இந்தியானா மாநிலத்தில் உள்ள பர்டியூ பல்கலைக்கழகத்தின் வெப்பமான கூரையில் நடத்தப்பட்ட சோதனையில், அதிகபட்ச சூரிய ஒளி நேரத்தில் சூப்பர்-கூல் சிமெண்டின் மேற்பரப்பு வெப்பநிலை சுற்றுப்புறக் காற்றைவிட 5.4°C (9.72°F) குறைவாக இருந்தது; வழக்கமான சிமெண்டோ அதிக வெப்பமடைந்தது. இந்த வெப்பநிலைக் குறைவு ஆய்வகக் கவனிப்பு மட்டுமல்ல; இது உண்மையான எரிசக்திச் சேமிப்பாகவும், கட்டடப் பயனாளர்களுக்கு மேம்பட்ட வசதியாகவும் அமைகிறது.

குளிர்விக்கும் திறனைத் தாண்டி, இந்தச் சிமெண்ட் வலிமையானதும் பல்துறைப் பயன்பாட்டுக்கு ஏற்றதுமாகும். இது அதிக வலிமையையும் தேய்மான எதிர்ப்பையும் தக்கவைத்துக்கொள்கிறது. அரிக்கும் திரவங்கள், புறஊதாக் கதிர்வீச்சு, உறைதல்-உருகுதல் சுழற்சிகள் ஆகியவற்றுக்கு உட்படுத்தப்பட்ட பின்னரும் நிலைத்தன்மையுடன் இருக்கிறது. பிரதிபலிப்புத் தன்மையைப் பெரிதும் இழக்காமல் அழகியல் தேவைக்காக இந்தப் பொருளுக்கு வண்ணமூட்டவும் முடியும். எனவே, பூச்சுப் பொருள்கள் முதல் கட்டமைப்புக் கூறுகள் வரை பல்வேறு கட்டடக்கலைப் பயன்பாடுகளுக்கு இது ஏற்றதாகிறது.

முக்கியமாக, இதன் உற்பத்தி முறையைப் பெரிய அளவுக்கு விரிவுபடுத்த முடியும்; செலவும் குறைவு. வழக்கமான போர்ட்லண்ட் சிமெண்டைவிடக் குறைந்த வெப்பநிலையில் இதைத் தயாரிக்கலாம். இதனால், ஒரு டன்னுக்கு சுமார் 5 டாலர் உற்பத்திச் செலவு குறைகிறது. புதிய கட்டுமானங்களிலும் ஏற்கெனவே உள்ள கட்டடங்களை மேம்படுத்துவதிலும் இதைப் பரவலாகப் பயன்படுத்த இது வழிவகுக்கிறது.

சுற்றுச்சூழல் தாக்கம்: நிகர எதிர்மறைக் கார்பன் உமிழ்வை நோக்கி

இந்தச் சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்டின் சுற்றுச்சூழல் நன்மைகள் எரிசக்திச் சேமிப்பைத் தாண்டியும் விரிகின்றன. உலகளவில் தொழில்துறையிலிருந்து வெளியாகும் கார்பன் டைஆக்சைடு உமிழ்வின் மிகப்பெரிய ஆதாரங்களில் சிமெண்ட் உற்பத்தியும் ஒன்று; உலகின் மொத்த CO2 உமிழ்வில் சுமார் 8% இதனால் ஏற்படுகிறது. குளிரூட்டலுக்கான தேவையைக் குறைப்பதன் மூலம், புதிய சிமெண்ட் கட்டடங்களின் எரிசக்திப் பயன்பாட்டைக் குறைக்க உதவும். உலகளாவிய எரிசக்தி நுகர்வில் சுமார் 40%க்கும், கார்பன் உமிழ்வில் 36%க்கும் கட்டடத் துறை காரணமாக உள்ளது.

ஆனால் இந்தப் புதுமை அதையும் தாண்டிச் செல்கிறது. ஆராய்ச்சிக் குழு இயந்திரக் கற்றல் வழிகாட்டுதலுடன் மேற்கொண்ட வாழ்க்கைச் சுழற்சி மதிப்பீட்டின்படி, பெரிய அளவில் பயன்படுத்தப்படும்போது, ஒரு கட்டடத்தின் ஆயுட்காலம் முழுவதும் சூப்பர்-கூல் சிமெண்ட் நிகர எதிர்மறைக் கார்பன் உமிழ்வு நிலையை எட்டக்கூடும். அதாவது, குறைந்த எரிசக்திப் பயன்பாட்டால் கிடைக்கும் கார்பன் சேமிப்பு, சிமெண்ட் உற்பத்தியின்போது ஏற்படும் உமிழ்வைவிட அதிகமாக இருக்கலாம். இதனால் கட்டடங்கள் கார்பன் சமநிலையை மட்டுமல்ல, நிகர கார்பன் உறிஞ்சலையும் எட்ட வாய்ப்புள்ளது.

குளிர்விப்புத் தொழில்நுட்பங்கள் ஒப்பீடு: கதிர்வீச்சு, பிரதிபலிப்பு, ஆவியாதல்

வெப்பத்தை எதிர்கொள்வதற்கான நிலையான வழிகளை நகரங்கள் தேடிவரும் நிலையில், செயலற்ற குளிர்விப்புத் தொழில்நுட்பங்கள் கவனத்தை ஈர்த்து வருகின்றன. பொதுவாக மூன்று முக்கிய அணுகுமுறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

• பிரதிபலிப்பு வழிக் குளிர்விப்பு: வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதைக் குறைக்க, சூரிய ஒளியைப் பிரதிபலிக்கும் பொருள்கள் மேற்பரப்புகளில் பூசப்படுகின்றன. இது பயனுள்ளதாக இருந்தாலும், வெப்பத்தைத் தனியாக வெளியேற்றாது; மிகுந்த வெப்பமுள்ள காலநிலைகளில் இதன் செயல்திறன் குறையலாம்.
• ஆவியாதல் வழிக் குளிர்விப்பு: மேற்பரப்புகளைக் குளிர்விக்க நீர் ஆவியாதல் பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஈரப்பதம் அதிகமுள்ள சூழலில் இதன் செயல்திறன் குறைவதுடன், நீர் ஆதாரமும் தேவைப்படுகிறது.
• கதிர்வீச்சு வழிக் குளிர்விப்பு: மேற்பரப்புகள் வளிமண்டலச் சாளரத்தின் வழியாக அகச்சிவப்புக் கதிர்வீச்சை விண்வெளிக்கு வெளியேற்றி, நேரடி சூரிய ஒளியின்கீழ்கூட குளிர்விக்கின்றன. புதிய சீனச் சிமெண்ட் இந்த வகையைச் சேர்ந்தது. களச் சோதனைகளில், குறிப்பாக வெப்பமும் வறட்சியும் நிறைந்த காலநிலைகளில், பிரதிபலிப்பு மற்றும் ஆவியாதல் முறைகளைவிட இது சிறப்பாகச் செயல்பட்டுள்ளது.

எடுத்துக்காட்டாக, சீனாவின் சோங்கிங்கில் நடத்தப்பட்ட ஒப்பீட்டு ஆய்வில், கதிர்வீச்சு வழிக் குளிர்விப்பு மேற்பரப்புகளின் வெளிப்புற வெப்பநிலை வேலை நேரத்தில் சுற்றுப்புற வெப்பநிலையைவிட 2°C குறைவாக இருந்தது. இது பிரதிபலிப்பு மற்றும் ஆவியாதல் வழிக் குளிர்விப்பு தொழில்நுட்பங்களைவிடச் சிறப்பாக இருந்தது.

நகர்ப்புற நன்மைகள்: எரிசக்திச் சேமிப்பும் வெப்பத் தீவைக் குறைத்தலும்

நகர்ப்புறச் சூழல்களில் கூரைகள், சுவர்கள் ஆகியவற்றில் சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்டைப் பயன்படுத்துவது கணிசமான பலன்களைத் தரக்கூடும்:

• குறைந்த எரிசக்திக் கட்டணங்கள்: கட்டடங்களை குளிர்ச்சியாக வைத்திருப்பதால் குளிரூட்டலுக்கான தேவை குறைந்து, மின்சாரத்தில் கணிசமான சேமிப்பு கிடைக்கும். குளிரூட்டலுக்கான மின்சாரத்தைப் பொறுத்தவரை, சூப்பர்-கூல் கூரைகள் ஆண்டுக்கு ஒரு சதுர மீட்டருக்கு 42.9 முதல் 97.8 kWh வரை சேமிக்கக்கூடும் என ஆய்வுகள் மதிப்பிடுகின்றன.
• குறைந்த கார்பன் உமிழ்வு: எரிசக்திப் பயன்பாடு குறைவது, பசுங்குடில் வாயு உமிழ்வு குறைவதற்கு நேரடியாக வழிவகுக்கிறது. சூப்பர்-கூல் கூரைகள் ஆண்டுக்கு ஒரு சதுர மீட்டருக்கு 24.6 முதல் 56.1 கிலோகிராம் வரை கார்பன் உமிழ்வைக் குறைக்கக்கூடும்.
• மேம்பட்ட நகர்ப்புற வசதி: குளிர்ச்சியான கட்டடங்கள் உட்புறச் சூழலை வசதியாக்குவதுடன், நகர வீதிகளுக்குள் வெப்பம் வெளியேறுவதையும் குறைத்து, நகர்ப்புற வெப்பத் தீவு விளைவைக் கட்டுப்படுத்த உதவுகின்றன.
• பொருளாதாரச் சாத்தியம்: சூப்பர்-கூல் கூரைகளைப் பொருத்துவதற்கான கூடுதல் செலவை எரிசக்திச் சேமிப்பு ஈடுசெய்கிறது. வெப்பமான நகரங்களில் ஐந்து ஆண்டுகளிலேயே முதலீட்டுச் செலவைத் திரும்பப் பெற முடியும்.

புவி வெப்பமடைதலால் வெப்ப அலைகள் அடிக்கடியும் தீவிரமாகவும் ஏற்பட்டு, நகர்ப்புறக் கட்டமைப்புகளுக்கும் பொதுச் சுகாதார அமைப்புகளுக்கும் கூடுதல் அழுத்தம் தரும் நிலையில், இந்த நன்மைகள் குறிப்பாக முக்கியமானவை.

பெரிய அளவில் ஏற்றுக்கொள்வதில் உள்ள சவால்களும் கவனிக்க வேண்டிய அம்சங்களும்

சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்டுக்கு மிகுந்த வாய்ப்புகள் இருந்தாலும், நிஜச் சூழலில் அதன் செயல்திறன் பல அம்சங்களைப் பொறுத்திருக்கும் என நிபுணர்கள் எச்சரிக்கின்றனர்:

• காலநிலையும் புவியியலும்: அகச்சிவப்புக் கதிர்வீச்சு வளிமண்டலத்தைக் கடந்து செல்லும் வறண்ட, தெளிவான வானம் கொண்ட பகுதிகளில் கதிர்வீச்சு வழிக் குளிர்விப்பு சிறப்பாகச் செயல்படும். ஈரப்பதம் அல்லது மாசு அதிகமுள்ள சூழல்களில் இதன் செயல்திறன் குறையலாம்.
• நகர வடிவமைப்பு: பெரிய அளவில் பயன்படுத்துவது உள்ளூர் காற்றோட்ட முறைகள், ஒளி மாசு, மாசுபடுத்திகள் சேர்தல் ஆகியவற்றை மாற்றக்கூடும். பலன்களை அதிகரித்து எதிர்பாராத விளைவுகளைக் குறைக்கக் கவனமான நகரத் திட்டமிடல் அவசியம்.
• பொருளின் வயதாதல்: காலப்போக்கில் தூசி, அழுக்கு, வானிலைச் சிதைவு ஆகியவை குளிர்ச்சிக் கூரைப் பொருள்களின் பிரதிபலிப்பு மற்றும் வெப்ப உமிழ்வுத் தன்மையைக் குறைக்கலாம். தொடர்ந்து பராமரிப்பதும் பொருளை மேம்படுத்துவதும் அவசியம்.

இந்தச் சவால்கள் இருந்தபோதிலும், நிலையான கட்டடத் தொழில்நுட்பத்தில் சூப்பர்-கூல் சிமெண்ட் ஒரு முக்கிய முன்னேற்றம் என்பதில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒருமித்த கருத்தைக் கொண்டுள்ளனர். லண்டன் பல்கலைக்கழகக் கல்லூரியின் கட்டட அறிவியலாளர் ஆஸ்கர் புரூஸ் குறிப்பிடுவதாவது:

இந்தப் பொருள் பிரதிபலிப்புத் தன்மையையும் வெப்பத்தை வெளியேற்றும் திறனையும் அதிகரிக்கிறது. எனவே, பொருளால் உறிஞ்சப்பட்ட அல்லது கடத்தப்பட்ட எந்த வெப்ப ஆற்றலும் திறம்பட மீண்டும் வெளியேற்றப்படுகிறது. இருப்பினும், நிஜச் சூழல்களில் இதன் நீண்டகாலச் செயல்திறனை முழுமையாகப் புரிந்துகொள்ள மேலும் சோதனைகள் தேவை.

பரந்த தாக்கங்கள்: பசுமையான நகரங்களுக்கான பாதை

சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்டின் உருவாக்கம், செயலற்ற குளிர்விப்பு மற்றும் எரிசக்தித் திறனுள்ள நகர்ப்புற வடிவமைப்பை நோக்கிய பரந்த இயக்கத்தின் ஒரு பகுதியாகும். நானோஃபோட்டானிக்ஸ் மற்றும் மெட்டாபொருள்களில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றங்கள், நேரடி சூரிய ஒளியின்கீழ்கூட மேற்பரப்பு வெப்பநிலையை சுற்றுப்புறக் காற்றின் வெப்பநிலையைவிடக் குறைவாக வைத்திருக்கக்கூடிய சூப்பர்-கூல் மற்றும் வெப்பநிலைக்கேற்ப மாறும் கூரைகளை உருவாக்க உதவியுள்ளன. இந்தத் தொழில்நுட்பங்கள் கட்டடங்களின் குளிர்விப்புத் தேவையையும் CO2 உமிழ்வையும் குறைப்பதுடன், நகர்ப்புறக் காற்றின் தரத்தையும் பருவநிலை மாற்றத்தைத் தாங்கும் திறனையும் மேம்படுத்துகின்றன.

வேகமான நகரமயமாக்கலும் தொழில்மயமாக்கலும் எரிசக்திப் பயன்பாட்டையும் உமிழ்வையும் அதிகரித்துள்ள சீனாவில், சூப்பர்-கூல் சிமெண்டைப் பயன்படுத்துவது நாட்டின் கார்பன் சமநிலை இலக்குகளை அடைவதில் முக்கியப் பங்கு வகிக்கக்கூடும். தீவிர வெப்பத்தையும் அதிக எரிசக்திச் செலவுகளையும் எதிர்கொள்ளும் நகரங்கள் உட்பட, உலகெங்கும் உள்ள நகரங்களுக்கும் இந்தத் தொழில்நுட்பம் பொருத்தமானது.

நகரங்கள் தொடர்ந்து வளர்ந்து, பருவநிலைச் சவால்கள் தீவிரமடையும் நிலையில், சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்ட் போன்ற புதுமைகள், மேலும் நிலையான, வசதியான, மீள்திறன் கொண்ட நகர்ப்புற எதிர்காலத்தின் ஒரு காட்சியை அளிக்கின்றன.

சுருக்கமாக

• சூரிய ஒளியைப் பிரதிபலித்து வெப்பத்தை வெளியேற்றுவதன் மூலம், குளிரூட்டல் இன்றியே கட்டடங்களைக் குளிர்ச்சியாக வைத்திருக்கக்கூடிய சுயகுளிர்விக்கும் சிமெண்டைச் சீன ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்கியுள்ளனர்.
• வடிவமைக்கப்பட்ட மெட்டாசர்ஃபேஸும் ஒளியைப் பிரதிபலிக்கும் எட்ரிங்கைட் படிகங்களும் காரணமாக, வலுவான சூரிய ஒளியின்கீழ் இந்தச் சிமெண்டின் மேற்பரப்பு வெப்பநிலை 5.4°C (9.72°F) வரை குறைகிறது.
• இது நீடித்துழைக்கக்கூடியது, செலவு குறைந்தது, பெரிய அளவில் தயாரிக்கக்கூடியது; கூரைகள், சுவர்கள், பூச்சுகள் ஆகியவற்றில் பரவலாகப் பயன்படுத்த ஏற்றது.
• குளிர்விப்புக்கான எரிசக்திப் பயன்பாட்டைக் குறைப்பதன் மூலம், கட்டடங்கள் நிகர எதிர்மறைக் கார்பன் உமிழ்வை எட்ட இந்தச் சிமெண்ட் உதவக்கூடும் என வாழ்க்கைச் சுழற்சி ஆய்வு தெரிவிக்கிறது.
• இந்தச் சிமெண்ட் போன்ற கதிர்வீச்சு வழிக் குளிர்விப்புத் தொழில்நுட்பங்கள், குறிப்பாக வெப்பமான, வறண்ட காலநிலைகளில், வழக்கமான பிரதிபலிப்பு மற்றும் ஆவியாதல் குளிர்விப்பு முறைகளைவிடச் சிறப்பாகச் செயல்படுகின்றன.
• பெரிய அளவில் பயன்படுத்துவது நகரங்கள் எரிசக்தியைச் சேமிக்கவும், உமிழ்வைக் குறைக்கவும், நகர்ப்புற வெப்பத் தீவு விளைவைக் கட்டுப்படுத்தவும் உதவும். ஆனால் நிஜச் சூழல் செயல்திறன் காலநிலை, நகர வடிவமைப்பு, பொருளின் நீடித்துழைப்பு ஆகியவற்றைப் பொறுத்திருக்கும்.
• இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, உலகெங்கும் நிலையான, எரிசக்தித் திறனுள்ள நகர்ப்புறச் சூழல்களை உருவாக்குவதற்கான முக்கிய முன்னேற்றமாகும்.