Στο πλαίσιο της μαινόμενης περιβαλλοντικής κρίσης, η βιομηχανία κατασκευών καλείται να υιοθετήσει βιώσιμες μεθόδους παραγωγής σκυροδέματος και να προάγει προϊόντα φιλικά προς το περιβάλλον με μεγάλο κύκλο ζωής.

Τα τελευταία χρόνια, η οικοδομική δραστηριότητα έχει αυξηθεί κατακόρυφα σε παγκόσμιο επίπεδο με αποτέλεσμα το σκυρόδεμα να έχει καταστεί ένα από τα πιο πολύτιμα υλικά. Πρόκειται για ένα δομικό υλικό, το οποίο χρησιμοποιείται σχεδόν σε κάθε έργο, με συνέπεια να είναι το δεύτερο πιο αναλώσιμο αγαθό μετά το νερό. Εξίσου μεγάλη ζήτηση, όπως είναι εύλογο, έχουν και δυο ακόμη υλικά που αποτελούν μέρος του σκυροδέματος: τα λεπτά και χονδρά αδρανή. Παρά τις πολλαπλές εφαρμογές που βρίσκουν στη βιομηχανία κατασκευών, δεν υπάρχει επάρκεια στην αγορά και κατ’ επέκταση δημιουργούνται ανά περιόδους ελλείψεις. Έτσι, έχουν γίνει αρκετές επιστημονικές έρευνες ώστε να αντικατασταθούν τα παραδοσιακά αδρανή με ανανεώσιμα και πιο φιλικά προς το περιβάλλον υλικά. Επομένως, γεννάται το ερώτημα, σε ποιο στάδιο έχουν φτάσει σήμερα οι επιστημονικές μελέτες και πόσο εφαρμόσιμες είναι στην πράξη;

Η βιομηχανία κατασκευών και η περιβαλλοντική κρίση
Η ποσότητα των οικοδομικών απορριμμάτων αυξάνεται ραγδαία χρόνο με τον χρόνο, ειδικά σε χώρες με έντονη δραστηριότητα όπως η Ινδία και η Κίνα. Ενώ οι φυσικοί πόροι εξαντλούνται, ο αριθμός των κατασκευαστικών αποβλήτων ακολουθεί αυξανόμενη πορεία. Η αυξημένη ζήτηση για την ανέγερση νέων κατασκευών έχει οδηγήσει σε υπερεκμετάλλευση των κοιτασμάτων πρώτων υλών, προκαλώντας τεράστια περιβαλλοντολογικά προβλήματα. Κατά προσέγγιση, 275 εκατομμύρια τόνοι νέων αδρανών εξορύσσονται ετησίως στο Ηνωμένο Βασίλειο, αριθμός που εκτιμάται ότι αυξάνεται με ρυθμό 1% κάθε χρόνο. Παράλληλα, η διαταραχή του οικοσυστήματος και η παραγωγή αερίων του θερμοκηπίου είναι σοβαρά ζητήματα που έχουν τεθεί στην ατζέντα της παγκόσμιας κοινότητας.

Ήδη με την πράσινη συμφωνία της Ε.Ε. και με το Σχέδιο Δράσης για τη Νέα Κυκλική Οικονομία, γίνεται μία συλλογική προσπάθεια, ώστε να κατασκευάζονται κτίρια με μηδενικό ανθρακικό αποτύπωμα, χρησιμοποιώντας αποκλειστικά, υλικά φιλικά προς το περιβάλλον και με μεγάλο κύκλο ζωής. Σε αρκετά κράτη έχει ξεκινήσει με γοργούς ρυθμούς η ανακύκλωση των αδρανών ουσιών και των λοιπών οικοδομικών αποβλήτων, όμως η διαδικασία αυτή βρίσκεται σε πρώιμο στάδιο και σε καμία περίπτωση δεν συμβαδίζει με τον ρυθμό παγκόσμιας ρύπανσης. Συνεπώς, η ανακάλυψη νέων δομικών υλικών που θα βρίσκονται σε αφθονία στη φύση και θα διακρίνονται από μεγάλο κύκλο ζωής, θεωρείται πιο επιτακτική ανάγκη από ποτέ.

Η μακρά ιστορία του σκυροδέματος
Το τσιμέντο είναι άμεσα συνδεδεμένο με τις κατασκευαστικές δραστηριότητες και κάνει την εμφάνιση του από τις απαρχές της ανθρώπινης ιστορίας. Το αρχαιότερο σκυρόδεμα που έχει βρεθεί βρίσκεται στην περιοχή του σημερινού Ισραήλ και αποτελείται από μίγμα ασβέστη με πέτρες, ενώ έχει ηλικία περίπου 7.000 ετών. Οι Ασσύριοι και οι Βαβυλώνιοι κατόρθωσαν να φτιάξουν δομές, τμήματα των οποίων επιβιώνουν μέχρι και σήμερα, χρησιμοποιώντας ένα είδος σκυροδέματος που ως συνδετική ουσία είχε τον πηλό. Αντίστοιχα, οι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν συχνά ασβέστη και γύψο. Η μεγαλύτερη εξέλιξη και ανάπτυξη του σκυροδέματος έγινε κατά τα Ρωμαϊκά χρόνια, όταν οι αυτοκράτορες επιθυμούσαν να φτιάξουν μεγαλεπήβολες κατασκευές, οι οποίες θα ήταν ανέφικτο να υλοποιηθούν μόνο με την πέτρα, που ήταν το δημοφιλέστερο δομικό υλικό της εποχής. Χαρακτηριστικά μνημεία απαράμιλλης ομορφιάς και αρχιτεκτονικής της περιόδου είναι τα Λουτρά, το Κολοσσαίο και το Πάνθεον.

Το πρώτο βήμα για τη δημιουργία του σύγχρονου σκυροδέματος έγινε από τον Βρετανό μηχανικό John Smeaton, ο οποίος στα μέσα του 1700 μ.Χ. εφηύρε ένα μίγμα τσιμέντου που μπορούσε να στεγνώσει τόσο στον αέρα όσο και στο νερό. Χρησιμοποίησε το υλικό για να κατασκευάσει έναν φάρο κοντά στην περιοχή του Plymouth και η καινοτομία του διαδόθηκε ραγδαία σε όλα τα μήκη και πλάτη της χώρας. Η συστηματικότερη όμως παρασκευή τσιμέντου αποδίδεται στον Άγγλο μηχανικό Joseph Aspdin, ο οποίος δημιούργησε το πρώτο αληθινό τεχνητό τσιμέντο με καύση αλεσμένου ασβεστόλιθου και πηλού μαζί. Το νέο υλικό ονομάστηκε από τον ίδιο «τσιμέντο Portland», διότι το χρώμα του σκληρυμένου τσιμέντου ήταν πολύ κοντά στο χρώμα των πετρωμάτων της ομώνυμης περιοχής. Ακόμη και σήμερα έχει παραμείνει η κυρίαρχη μορφή τσιμέντου που χρησιμοποιείται στην παραγωγή σκυροδέματος.

Στη συνέχεια, το 1818 ο Βρετανός μηχανικός Ralph Dodd απέκτησε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την προσθήκη ράβδων σφυρήλατου σιδήρου στο σκυρόδεμα. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1849, εφευρέθηκε από τον παριζιάνο κηπουρό Joseph Monier το λεγόμενο οπλισμένο σκυρόδεμα για την ενίσχυση των γλαστρών και παρουσίασε την πατέντα του στην Έκθεση του Παρισιού του 1867. Σταδιακά η εφεύρεση άρχισε να βρίσκει όλο και περισσότερες εφαρμογές. Το 1902 ο August Rerrert κατασκεύασε στο Παρίσι πολυκατοικία με χρήση συστήματος οπλισμένου σκυροδέματος όπως το ονόμασε. Αυτή ήταν και η πρώτη εμφάνιση κτιρίου με φέροντα οργανισμό από υποστυλώματα, δοκούς και πλάκες χωρίς φέρουσες τοιχοποιίες.

Εκμετάλλευση των βιολογικών απορριμάτων
Αντιμετωπίζοντας καθημερινά τις συνέπειες της περιβαλλοντικής κρίσης, η διεθνής κοινότητα έχει αρχίσει να αναζητά εναλλακτικές λύσεις. Πιο συγκεκριμένα, στη βιομηχανία κατασκευών έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορα ανακυκλωμένα απόβλητα για τη δημιουργία σκυροδέματος, όπως άργιλος, τέφρα, απορρίμματα γυαλιού, θρύμματα τούβλων ή γυαλιού, κομμάτια από καουτσούκ, τμήματα κεραμικών και πλαστικά. Επιπλέον, εχουν διεξαχθεί αρκετές μελέτες για να παρατηρηθεί η επίδραση του γυαλιού και των κεραμικών στο παραγόμενο σκυρόδεμα, εξετάζοντας κυρίως την αντοχή και την απόδοση του υλικού. Όπως αποδείχθηκε,και τα δύο είδη θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν μερικώς τα αδρανή και να ανακουφίσουν τις αγοραστικές ανάγκες. Πολλοί ερευνητές έχουν επιχειρήσει την ολική αντικατάσταση των λεπτών και χονδροειδών αδρανών, ενώ άλλοι έχουν χρησιμοποιήσει θρυμματισμένη άσφαλτο -συνηθισμένο παραπροϊόν της οδοποιίας- ως υποκατάστατο.

Στις μέρες μας, εξαιτίας των αυξημένων διατροφικών αναγκών του Δυτικού Πολιτισμού, η βιομηχανία τροφίμων εκτρέφει έναν τεράστιο αριθμό οικόσιτων ζώων, όπως πρόβατα, κατσίκες και αγελάδες, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εδώδιμων ειδών που στηρίζονται στο κρέας. Καθ’ όλη τη διαδικασία παραγωγής, προκύπτουν μεγάλες ποσότητες βιολογικών απορριμμάτων, τα οποία αποτελούνται κατά βάση από οστά. Αυτού του είδους τα απόβλητα θα μπορούσαν να βρουν ωφέλιμες εφαρμογές στον κατασκευαστικό κλάδο και πιο συγκεκριμένα στα εργοστάσια δομικών υλικών. Αρκετοί επιστήμονες θέλοντας να μειώσουν του ρυπογόνους παράγοντες και ταυτόχρονα να φτιάξουν ένα οικολογικό προϊόν, επιχείρησαν να αντικαταστήσουν τα αδρανή του σκυροδέματος με θρυμματισμένα οστά ζώων. Μάλιστα, έχουν παρουσιαστεί κάποια σχετικά δείγματα και τα αποτελέσματα είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Βάσει της περιεκτικότητας σε οστά, αποδείχθηκε ότι το πειραματικό σκυρόδεμα μπορεί να είναι έως και τρεις φορές πιο ελαφρύ, γεγονός που μπορεί να περιορίσει αισθητά τους κινδύνους που εγκυμονεί ένα σεισμικό φαινόμενο, καθώς οι σεισμικές δυνάμεις είναι ανάλογες του βάρους κατασκευής. Από την άλλη πλευρά, το συγκεκριμένο είδος παρουσιάζει μικρότερη αντοχή, η οποία μπορεί να ενισχυθεί με την προσθήκη επιπλέον υλικών.

Αναμφίβολα, το οπλισμένο σκυρόδεμα έχει καθιερωθεί ως ένα από τα σημαντικότερα δομικά υλικά για τη βελτίωση της μηχανικής απόδοσης των κατασκευαστικών έργων. Ειδική κατηγορία αποτελεί το ινοπλισμένο σκυρόδεμα (FRC) , το οποίο ανάλογα της ίνας που φέρει, παρουσιάζει καλύτερες ιδιότητες και μπορεί να συμβάλλει στη μείωση της ποσότητας της συμβατικής ενίσχυσης. Μία από τις σπουδαιότερες διαφορές μεταξύ του FRC και του συμβατικού οπλισμένου σκυροδέματος είναι ότι το πρώτο παρουσιάζει μεγαλύτερη αντοχή σε φαινόμενα ρωγμών και τα ρήγματα δεν διαδίδονται τόσο γρήγορα κατά μήκος του υλικού. Έχοντας τα παραπάνω υπόψη, η επιστημονική κοινότητα έχει αρχίσει να σκέφτεται το ενδεχόμενο ενίσχυσης του σκυροδέματος -σε αντοχή, συμπίεση και κάμψη- με ίνες προερχόμενες από τρίχες ανθρώπων και ζώων. Οι τελευταίες, επειδή βρίσκονται σε αφθονία και αποτελούν κύριο βιολογικών απόβλητων των κουρείων, αποτελούν ιδανική επιλογή.

Η καινοτόμος πρόταση του Πανεπιστήμιου Πατρών
Ακολουθώντας τις διεθνείς τάσεις, η επιστημονική ομάδα του τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών, σε συνεργασία με τον Ελληνικό Γεωργικό Οργανισμό Δήμητρα, παρουσίασαν δείγματα σκυροδέματος, στα οποία τα αδρανή είχαν αντικατασταθεί από απόβλητα οικοδομικών δραστηριοτήτων και άλλα ανακυκλώσιμα φυσικά υλικά. Η μεγαλύτερη καινοτομία της ομάδας ήταν η κατασκευή τσιμέντου από οστά ζώων που προμηθεύτηκαν από κρεοπωλεία και σφαγεία, καθώς και από ανθρώπινες τρίχες που αποτέλεσαν απορρίμματα των κομμωτηρίων. Στόχος της μελέτης είναι να βρεθεί ένα ισχυρό δομικό υλικό εφάμιλλο του συμβατικού σκυροδέματος, το οποίο δεν θα είναι απλώς φιλικό προς το περιβάλλον, αλλά θα συντελεί στη μείωση των βιολογικών και οικοδομικών αποβλήτων.

Συνοπτικά, τα αποτελέσματα της έρευνας είναι τα ακόλουθα:

  • Αποδείχθηκε ότι η μερική αντικατάσταση των φυσικών αδρανών με οστά ζωικών οργανισμών μπορεί να πραγματοποιηθεί για την παραγωγή κανονικών δειγμάτων σκυροδέματος.
  • Τα θρύμματα οστών, αφού ενισχυθούν τεχνητά επικαλύπτοντάς τα με αστάρι χαλαζιακής ρητίνης ισχυρής πρόσφυσης, φαίνεται να συμβάλλουν θετικά στην τελική αντοχή των δειγμάτων σκυροδέματος.
  • Με την προσθήκη 1,5% ανά όγκο ανθρώπινης τρίχας συγκεκριμένου μεγέθους, είναι δυνατό να αυξηθεί η ομοιογένεια του ετερογενούς μίγματος σκυροδέματος, άρα και η τελική αντοχή του.
  • Η συμπερίληψη μιας συγκεκριμένης αναλογίας τροποποιημένων ανθρώπινων τριχών στη δομή του σκυροδέματος φαίνεται να έχει σημαντική επίδραση στην αύξηση της αντοχής του τελικού προϊόντος.
  • Κάνοντας σύγκριση με δείγματα που εμπεριείχαν άλλα υλικά, όπως τμήματα κεραμικού ή γυαλί, φαίνεται ότι εκείνα που περιείχαν οστά ζώων και ανθρώπινες τρίχες αυξημένης μικροτοπογραφίας είναι τα πιο ιδανικά για την αντικατάσταση των αδρανών υλικών στο σκυρόδεμα.

Η πρωτοποριακή έρευνα της ελληνικής επιστημονικής ομάδας με τίτλο «An Innovative experimental petrographic study of concrete produced by animal bones and human hair fibers» απέδειξε ότι είναι εφικτό να δημιουργηθεί ένα είδος σκυροδέματος από τρίχες και οστά, το οποίο θα είναι οικολογικό και θα έχει παρόμοιες φυσικές ιδιότητες με το συμβατικό. Με τις κατάλληλες παρεμβάσεις, μάλιστα, μπορεί να υπάρξει ποικιλία προϊόντων, με διαφορετική αντοχή και ευκαμψία, ώστε να καλύπτονται στο έπακρο οι ανάγκες κάθε σύγχρονης κατασκευής. Η εν λόγω μελέτη προτείνει στην παγκόσμια κοινότητα να ανατρέξει σε έξυπνες επενδύσεις, που θα αποφέρουν δομικά υλικά βασισμένα στην έννοια της κυκλικής οικονομίας. Η αντικατάσταση των λεπτών και χονδροειδών αδρανών υλικών με απορρίμματα που προκύπτουν από καθημερινές δραστηριότητες, προστατεύει διττά το περιβάλλον. Αφενός μειώνεται το ποσοστό εξόρυξης των φυσικών πόρων, ενώ παράλληλα υπάρχει επάρκεια στην αγορά, αφετέρου αξιοποιείται ένας τεράστιος όγκος αποβλήτων, που θα κατέληγε υπό άλλες συνθήκες ρυπογόνος παράγοντας για την ατμόσφαιρα και τα ύδατα. Η ανθρώπινη επιβίωση και εξέλιξη είναι συνυφασμένη με τη φύση και κάθε μορφής αδράνεια σε ζητήματα περιβαλλοντικού χαρακτήρα μπορεί να υπονομεύσει το μέλλον. Η ομάδα του Πανεπιστημίου Πατρών προτείνοντας λειτουργικές και κυρίως βιώσιμες λύσεις, έβαλε το δικό της λιθαράκι στο να γίνουν οι οικοδομικές διαδικασίες πιο «πράσινες» και να αλλάξει ριζικά το πρόσωπο του κατασκευαστικού κλάδου.