Recycled construction and demolition waste as remineralizers: a sustainable use in the regeneration of degraded soils

في كل عام، يولد العالم أكثر من عشرة مليارات طن من النفايات الناتجة عن بناء وهدم المنشآت. وفي البرازيل وحدها، تبلغ كمية هذه الأنقاض حوالي مائة مليون طن سنوياً، وهي كومة هائلة من الطوب المكسور والخرسانة والملاط التي ينتهي بها المطاف غالباً في مكبات النفايات. وبينما يتم سحق جزء كبير من هذه المواد وإعادة استخدامها كقواعد للطرق أو في أعمال البناء الجديدة، فقد برز احتمال مختلف: هل يمكن استخدام هذا الركام لشفاء الأرض نفسها؟ تقوم الفكرة على ملاحظة بسيطة؛ فالعديد من الترب، خاصة في المناطق الاستوائية، قد تآكلت بفعل الأمطار والزراعة، مما أدى إلى فقدان المعادن الأساسية التي تحتاجها النباتات للنمو. ولإصلاح ذلك، يلجأ المزارعون أحياناً إلى إضافة "المعادن المستردة" (remineralizers)—وهي صخور مسحوقة تطلق العناصر الغذائية مثل الكالسيوم والبوتاسيوم والحديد ببطء في التربة. تعمل هذه المواد كمصدر غذاء بطيء التحلل للمحاصيل، مما يساعد على استعادة خصوبة التربة الطبيعية دون التكلفة الباهظة والأثر البيئي للأسمدة الاصطناعية. وكان السؤال الذي طرحه الباحثون هو ما إذا كان بإمكان بقايا مدننا المحطمة أن تؤدي نفس الغرض، محولةً بذلك مشكلة النفايات إلى حل للزراعة.

ولمعرفة ذلك، جمع فريق من العلماء من جامعة ساو باولو والجامعة الفيدرالية في كاتالاو عينات من نفايات البناء والهدم المعاد تدويرها من أربع مدن مختلفة في البرازيل: أراراكوارا، وبيراسيكابا، وريبيريو بريتو، وكاتالاو. لم يكتفوا بمجرد التخمين حول ماهية محتويات أكوام الركام، بل أخضعوا المادة لفحص كيميائي دقيق باستخدام تقنية تسمى "تحليل التنشيط النيوتروني". في هذه العملية، تُقذف العينات بالنيوترونات في مفاعل بحث نووي، مما يؤدي إلى جعل الذرات داخل المادة مشعة مؤقتاً. ومن خلال قياس الطاقة المحددة للإشعاع المنبعث أثناء استقرار هذه الذرات، تمكن العلماء من تحديد العناصر الموجودة بدقة وبالكميات المحددة. سمحت لهم هذه الطريقة بالكشف عن اثنين وعشرين عنصراً كيميائياً مختلفاً، بدءاً من العناصر الغذائية الشائعة وصولاً إلى المعادن الأرضية النادرة، مما وفر بصمة كيميائية كاملة للنفايات من كل موقع.

وكشفت النتائج أن تكوين النفايات لم يكن متجانساً على الإطلاق. فبينما احتوت جميع العينات على عناصر ضرورية لحياة النبات، مثل الحديد والكالسيوم والبوتاسيوم، إلا أن المزيج المحدد اختلف بشكل كبير اعتماداً على مصدر المادة. فعلى سبيل المثال، برزت العينات من مدينة كاتالاو بمستويات أعلى ملحوظة من الكالسيوم والبوتاسيوم، بالإضافة إلى العديد من العناصر الأرضية النادرة، مقارنة بالعينات من المدن الثلاث الأخرى. وحتى داخل المدينة الواحدة، أظهرت النفايات من أكوام مختلفة اختلافات متميزة. ويشير هذا التباين إلى أن التركيبة الكيميائية لنفايات البناء المعاد تدويرها مرتبطة بعمق بالجيولوجيا المحلية وأنواع المباني والمواد المستخدمة في تلك المنطقة. ووجد الباحثون أن الكالسيوم والحديد هما العنصران الأكثر وفرة في العينات، حيث وصل الكالسيوم إلى ما يقرب من خمسة بالمائة من الوزن في بعض المواقع، ووصل الحديد إلى ما يقرب من ستة بالمائة، بينما تذبذبت مستويات البوتاسيوم بشكل واسع عبر المواقع المختلفة.

كانت السلامة مصدر قلق رئيسي، إذ يتطلب تطبيق النفايات على الأراضي الزراعية ضمان عدم تلوث الإمدادات الغذائية بالمواد السامة. وقد فحصت الدراسة المعادن الثقيلة والعناصر الضارة الأخرى التي تنظمها القوانين البرازيلية، مثل الزرنيخ والكادميوم. وأظهر التحليل أن مستويات هذه العناصر السامة كانت أقل بكثير من الحدود القانونية، مما يشير إلى أن المادة آمنة من منظور السمية. ومع ذلك، سلطت الدراسة الضوء أيضاً على عقبة كبيرة أمام الاستخدام الواسع النطاق؛ فلكي تُصنف المادة رسمياً كمعدّن للتربة، يجب أن تستوفي حدوداً دنيا محددة لإجمالي كمية العناصر الغذائية التي توفرها. وبينما استوفت النفايات من كاتالاو هذه المتطلبات، فإن العينات من المدن الثلاث الأخرى لم تصل إليها، لا سيًا في محتواها المشترك من أكاسيد الكالسيوم والبوتاسيوم. وهذا يعني أنه رغم كون المادة آمنة، إلا أنها ليست سماداً بشكل تلقائي؛ ففعاليتها تعتمد كلياً على وصفتها الكيميائية المحددة.

وخلص الباحثون إلى أن نفايات البناء المعاد تدويرها تحمل وعداً حقيقياً كأداة لتجديد التربة المتدهورة، ولكن لا يمكن التعامل معها كمنتج واحد موحد. إن التنوع الكيميائي الذي وُجد عبر المدن الأربع يثبت أن دفعة من الركام من موقع واحد قد تكون مادة ممتازة لتحسين التربة، بينما قد لا تحتوي دفعة أخرى من على بعد أميال قليلة على ما يكفي من العناصر الغذائية لتكون مفيدة. وتؤكد هذه النتيجة الحاجة إلى الاختبار والاختيار الدقيق قبل تطبيق مثل هذه المواد على الأراضي الزراعية. وبدلاً من كونه حلاً شاملاً، تشير الدراسة إلى أن مستقبل استخدام نفايات البناء في الزراعة يكمن في فهم البصمة الكيميائية الفريدة لكل مورد محلي. ومن خلال مطابقة النوع المناسب من المواد المعاد تدويرها مع التربة المناسبة، قد يكون من الممكن إغلاق الحلقة على النفايات الحضرية مع شفاء الأرض التي تطعمنا في الوقت ذاته.