คอนกรีตยุคโรมัน ปล่อยมลพิษน้อยกว่าสูตรปัจจุบัน นักวิจัยหาทางปรับใช้

“คอนกรีต” เป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้มากที่สุดในโลก มีอยู่ทุกอยู่ที่ทั่วเมืองทุกเมือง ทั้งถนนและอาคารบ้านเรือน แต่ก็เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดมลภาวะและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งสวนทางกับอุตสาหกรรมก่อสร้างที่กำลังหาทางลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน ทำให้นักวิทยาศาสตร์หาทางใช้ประโยชน์จากนวัตกรรมสมัยโรมัน

วิหารแพนธีออนในกรุงโรม คือ สิ่งมหัศจรรย์ทางวิศวกรรม เพราะเป็นโดมคอนกรีตที่ไม่ได้เสริมเหล็ก ซึ่งตั้งตระหง่านมาเกือบสองพันปี เช่นเดียวกับท่อส่งน้ำสมัยโรมัน ที่ยังคงใช้งานได้ถึงอยู่ปัจจุบัน แม้แต่ท่าเรือโบราณที่สร้างด้วยคอนกรีตโรมันก็ยังทนต่อคลื่นลมแรงที่ซัดสาดมาหลายศตวรรษ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์เต มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเดวิส และมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ ได้ใช้แบบจำลองที่เปรียบเทียบสูตรคอนกรีตแบบโรมันและวิธีการสมัยใหม่ โดยคำนึงถึงส่วนผสม เทคนิคการผลิตและแหล่งพลังงาน เช่น เชื้อเพลิงฟอสซิล ชีวมวล หรือพลังงานหมุนเวียน เพื่วัดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากทุกมุมมอง

ผลการวิจัยพบว่า เทคนิคคอนกรีตโรมันโบราณจะช่วยให้ก่อสร้างได้อย่างยั่งยืนมากขึ้น โดยคอนกรีตของโรมันปล่อยมลพิษน้อยกว่าแบบปัจจุบัน แถมมีความแข็งแรงทนทานมากกว่า

คอนกรีตในยุคปัจจุบันทำจากปูนซีเมนต์ผสมกับทราย กรวด และน้ำ ต่างจากชาวโรมันที่ผสมหินปูน เถ้าภูเขาไฟที่เรียกว่าปอซโซลาน และเศษหินจากโครงสร้างที่ถูกทำลาย

ส่วนผสมหลักในคอนกรีตทั้งสองประเภทคือหินปูน ซึ่งต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงมาก กระบวนการนี้จะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาและผลิตแคลเซียมออกไซด์ ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุอื่น ๆ เพื่อสร้างสารยึดเกาะที่แข็งแรง

แม้จะคอนกรีตสมัยโรมันกับปัจจุบันจะมีสูตรที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน แต่การใช้พลังงานและน้ำในการผลิตคอนกรีตโรมันก็ยังคงใกล้เคียงกับคอนกรีตสมัยใหม่ ดังนั้นจึงมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนในปริมาณใกล้เคียงกัน หรือในบางกรณีอาจสูงกว่าเล็กน้อย

“ตรงกันข้ามกับที่เราคาดการณ์ไว้ในตอนแรก การนำสูตรคอนกรีตโรมันมาใช้ร่วมกับเทคโนโลยีปัจจุบันอาจไม่ได้ช่วยลดการปล่อยมลพิษหรือความต้องการพลังงานได้มากนัก” ดาเนียลา มาร์ติเนซ หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์เต ผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าว

แม้ว่าคอนกรีตโรมันจะไม่ได้ช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้มากนัก แต่ก็ปล่อยมลพิษอื่นๆ ในระดับที่ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งไนโตรเจนออกไซด์และซัลเฟอร์ออกไซด์ ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ โดยมลพิษเหล่านี้ลดลงได้ตั้งแต่ 11-98% ขึ้นอยู่กับแหล่งเชื้อเพลิง พลังงานหมุนเวียนสร้างความแตกต่างที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

ที่สำคัญคอนกรีตโรมันมีอายุการใช้งานยาวนาน โครงสร้างที่สร้างจากคอนกรีตในสมัยโรมัน เช่น สะพาน ท่อส่งน้ำ และอาคารสาธารณะหลายแห่ง ยังคงอยู่จนถึงปัจจุบันมานับพันปี

ความทนทานเช่นนี้อาจนำไปสู่การพัฒนาอย่างยั่งยืนได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ต้องซ่อมแซมหรือเปลี่ยนคอนกรีตบ่อยครั้ง เช่น ถนนและทางหลวง

“การศึกษาคอนกรีตโรมันสามารถสอนเราถึงวิธีการใช้วัสดุต่าง ๆ เพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของโครงสร้างของเราให้ยาวนานที่สุด เพราะความยั่งยืนต้องควบคู่ไปกับความทนทาน” มาร์ติเนซกล่าว

อุตสาหกรรมก่อสร้างเริ่มตระหนักมากขึ้นว่าความทนทานมีความสำคัญพอ ๆ กับการปล่อยมลพิษ หากสามารถสร้างสิ่งก่อสร้างที่คงทนยาวนานขึ้นได้ ก็ไม่จำเป็นต้องสร้างใหม่บ่อยนัก ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมในระยะยาว

“ในกรณีที่การยืดอายุการใช้คอนกรีตสามารถลดความจำเป็นในการผลิตวัสดุใหม่ได้ คอนกรีตที่ทนทานกว่ามีศักยภาพในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม” แซบบี มิลเลอร์ ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส กล่าว

แต่การเปรียบเทียบคอนกรีตโรมันโบราณกับคอนกรีตสมัยใหม่นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย สูตรสมัยใหม่ถูกนำมาใช้เพียงประมาณ 200 ปี ในขณะที่อาคารโรมันมีอายุยืนยาวกว่าสองพันปี ที่สำคัญกว่านั้น คอนกรีตสมัยใหม่มักมีเหล็กเสริม แต่ชาวโรมันไม่ได้ใช้ ซึ่งทำให้การเปรียบเทียบมีความซับซ้อนมากขึ้นอีกขั้น

“การกัดกร่อนของเหล็กเสริมเป็นสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของคอนกรีต ดังนั้นการเปรียบเทียบจึงควรทำด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง” เปาโล มอนเตโร จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าว

ทีมวิจัยวางแผนที่จะเปรียบเทียบประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน ระหว่างคอนกรีตโรมันกับคอนกรีตสมัยใหม่ในสถานการณ์จริงต่อไป นักวิจัยหวังว่าจะเข้าใจมากขึ้นว่าบทเรียนจากอดีตสามารถช่วยแก้ปัญหาที่กำลังเผชิญอยู่ในปัจจุบันได้อย่างไร

“เราสนใจที่จะเรียนรู้จากวิธีการของพวกเขา เพื่อนำมาปรับใช้กับความท้าทายด้านการบรรเทาสภาพภูมิอากาศที่เราเผชิญอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มนุษย์สร้างขึ้นในปัจจุบัน หากเราสามารถนำกลยุทธ์ของพวกเขามาผสมผสานกับแนวคิดนวัตกรรมสมัยใหม่ของเรา เราจะสามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้นอย่างยั่งยืนยิ่งขึ้นได้” มาร์ติเนซกล่าว

วิจัยนี้ไม่ได้ต้องการหาวิธีทำคอนกรีตแบบโรมัน แต่คือการยึดถือปรัชญาแห่งความยั่งยืน พร้อมชี้ให้เห็นว่าเส้นทางที่มีประสิทธิภาพที่สุดสู่การก่อสร้างที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นอาจไม่ใช่สูตรสำเร็จเพียงสูตรเดียว แต่เป็นแนวทางแบบผสมผสานที่ผสมผสานหลักการโบราณเรื่องอายุยืนเข้ากับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสมัยใหม่

ที่มา: Earth, Interesting Engineering, Science Alert, ZME Science