פיתוח חדש מאפשר להשתמש במדפסות תלת-ממד כדי לבנות בתים מאדמה – וכך לצמצם את הנזק הסביבתי העצום של תעשיית הבטון,
רחלי ווקס
לאחרונה חתם שר הפנים, אריה דרעי, על תקנה שלפיה כל מבנה שייבנה בישראל החל ממרץ 2021 יהיה חייב לעמוד בתקן הישראלי לבנייה ירוקה, שנועד להפחית את טביעת הרגל האקולוגית המשמעותית של תעשיית הבנייה. בשנים האחרונות, הניסיונות להפוך את תחום הבנייה לירוק יותר מובילים ברחבי העולם לקביעת תקינה ולפיתוח טכנולוגיות חדשניות.
כעת, חוקרים מארצות הברית פיתחו למטרה זו שיטה לייצור מבנים באמצעות מדפסות תלת-ממד, זאת תוך שימוש באדמה במקום בבטון.
הבטון, שמהווה את מוצר הצריכה השני הכי נפוץ בעולם (אחרי מים), הוא חומר הגלם העיקרי בתחום הבנייה – אך תעשיית הבטון היא אחת מהמזהמות ביותר שקיימות כיום. ייצור בטון דורש בין השאר כריית הרים ומחצבות, שינוע רב ושריפת חומרים, ובתהליך נצרכות כמויות אדירות של אנרגיה ונוצרות כמויות עצומות של פסולת, שבמקרים רבים לא מטופלת כראוי, אלא מושלכת באופן פיראטי בשטחים פתוחים. תעשיית הצמנט, שהוא החומר העיקרי במלט, אחראית לכ-7 אחוזים מכלל פליטות הפחמן הדו-חמצני בעולם כיום.
טכנולוגיה חדשנית אחת שבה נעשה שימוש בשנים האחרונות בתעשיית הבנייה ושעשויה להפחית את נזקיה הסביבתיים היא הדפסת מבנים באמצעות מדפסות תלת-ממד. בנייה באמצעות טכנולוגיה זו רחוקה מלהיות עניין שבשגרה, אך לאחרונה נרשמו כמה הישגים מרשימים בתחום, כמו זה של החברה הסינית WinSun, שהדפיסה כבר ב-2014 עשרה בתים חדשים בפחות מ-24 שעות. שטחו של כל בית כזה עומד על 200 מטר רבוע, ועלותו על פחות מ-5,000 דולר. הישג אחר נרשם על ידי החברה האמריקנית Apis Cor, שהדפיסה בדובאי בסוף 2019 בניין שגובהו עומד על 9.5 מטר ושטחו על 640 מטר רבוע. הבניין, שהוא הגדול ביותר שאי פעם נבנה בטכנולוגיה זו, ושצפוי לשמש את עיריית דובאי, נבנה במשך 3 שבועות, והדפסתו הצריכה 3 פועלים בלבד.
"בעולם הבנייה אין חדשנות רבה, ולכן התחום של הדפסת תלת-ממד של מבנים הוא בהחלט מעניין", אומר בני כהן, המנהל המקצועי של המועצה הישראלית לבנייה ירוקה.
לבנות עם אדמה מהחצר האחורית
עם זאת, גם בחלק ממיזמי הדפסת הבניינים נעשה שימוש בבטון. לכן, במחקר החדש, שהוצג לאחרונה בכנס של האגודה האמריקנית לכימיה (ACS), נעשה ניסיון להשתמש בטכנולוגיה באמצעות חומר אחר – אדמה מקומית מהאזור שבו המבנה נבנה. "ניסינו למצוא דרך להתאים חומרים מהחצר האחורית של כל אחד מאיתנו כך שהם יוכלו להוות תחליף אפשרי לבטון", הסבירה איושי בג'פאי מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת טקסס A&M, שלקחה חלק בצוות הפיתוח.
החוקרים השתמשו בחרסית: סוג קרקע זה, שמכונה פעמים רבות בטעות "חימר", הוא חומר פלסטי וגמיש שמצוי בשכבות הפנימיות של הקרקע, והוא שימש את האדם לאורך הדורות ליצירת קרמיקה. הם אספו דגימות אדמה מחצרו של אחד מעמיתיהם, ויצרו מהן תערובת ידידותית לסביבה שניתן להדפיס באמצעותה. במהלך עבודתם התנסו החוקרים בחומרים שונים במטרה ליצור "ארגז כלים" כימי, שבאמצעותו ניתן יהיה להפוך כל סוג אדמה מכל מיקום גאוגרפי לחומר גלם עבור הדפסת מבנים בתלת-ממד.
בשלב הבא יצרו החוקרים מהתערובת בעזרת מדפסת תלת-ממד מבנים קובייתיים, שאורך כל אחת מצלעותיהם עמד על 5 סנטימטרים. את התערובת חיזקו על ידי "רכיסה" של השכבות המיקרוסקופיות שעל פני השטח שלה, במטרה שהמבנים לא יוכלו לספוג מים וכך להתרחב, אלא ישמרו על צורתם ויהיו מסוגלים לעמוד בעומסים. לפי החוקרים, תהליך "רכיסה" זה מאפשר לחומר לשאת פי 2 יותר משקל. לדבריהם, חומר הבנייה שנוצר באמצעות התהליך שהם פיתחו מתמחזר, ואם בוחרים להרוס את המבנה ניתן להחזיר את האדמה למצבה המקורי.
ערים שלמות מאדמה
בנייה תוך שימוש באדמה מקומית יכולה לבטל את הצורך להוביל בטון ממיקום מרוחק אל אתרי הבנייה – תהליך שטומן בחובו מחיר כלכלי וסביבתי ניכר. לדברי כהן, באמצעות שיטה כזו ניתן יהיה לעשות שימוש באדמה הרבה שנחפרת החוצה כחלק מתהליכי הבנייה (פעולה שנעשית, למשל, לצורך יישור הקרקע לבנייה או הקמת חניונים תת-קרקעיים). "במהלך בנייתו של בניין סטנדרטי מוציאים מהשטח אלפי קובים של קרקע, שמועברת לשימוש במקום מרוחק או מושלכת ללא שימוש", הוא אומר. "אם הטכנולוגיה של הדפסת תלת-ממד תאפשר למקסם את השימוש בחומר שכבר קיים בשטח, נוכל לחסוך את השינוע, להרוויח את החומר המקומי ולוודא שהקרקע לא תהפוך לפסולת. יש בזה בשורה ענקית".
"לאורך ההיסטוריה נבנו ברחבי המזרח התיכון ערים שלמות מאדמה", אומר כהן. "המפורסמת שבהן היא העיר בם שבאיראן, ובנוסף לה נבנו גם ערים במצרים, וערים בתימן שגובה הבניינים שבהן מגיע אף ל-10 קומות".
הבנייה בשיטה זו לא פסחה גם על ארץ ישראל ההיסטורית, כפי שמתועד במסכת יומא שבתלמוד הירושלמי. "הכהן הגדול היה מתפלל ביום הכיפורים על יושבי השרון, שהיו גרים בבתי אדמה, ומבקש שבתיהם לא יפלו בגלל עודף גשמים", מספר כהן.
בנייה באדמה קיימת בישראל בהיקף מצומצם גם היום, למשל במסגרת מרכז "אדמהיא" לבנייה ופיסול באדמה, שפועל במסגרת קהילת היוצרים "מוסללה" שבבניין כלל בירושלים. "מעבר לכך, ביישובים קטורה, לוטן וצוקים שבערבה בונים מבנים באמצעות אדמת חרסית", אומר כהן. "אדמה כזו מייצרת דביקות ואטימות והיא מינרל שמתחדש כל הזמן במדבר עם סופות האבק".
האתגר: רגולציה
על פי החוקרים, הקושי העיקרי שאתו הם מתמודדים כיום הוא התקינה בתחום הבנייה – והצורך לשכנע את הרגולטורים לאשר את השימוש בכל רכיבי השיטה שפיתחו. "התקינה בתחום הבנייה היא מסגרת מאוד לא-מאפשרת", אומר כהן. "בישראל, למשל, היא הדוקה מאוד – והמצב דומה במקומות רבים מאוד בעולם".
כיום עמלים החוקרים על הגדלת יכולת העמידה בעומסים של המבנים שהם מדפיסים, על מנת שיוכלו להשתמש בשיטה שפיתחו בהיקפים גדולים יותר, ובתקווה להפוך אותה לתחליף אפשרי לשימוש בבטון. בנוסף, הם אוספים נתונים על מנת לוודא שהמבנים אכן ידידותיים לסביבה.
