كيف أن المهندسين المدنيين يساهمون إلى المناخ تغيير التخفيف

ويحدّد حجم التحدي العالمي المتعلق بالمناخ بأعداد كبيرة تحدد البيئة المبنيّة، إذ أن المباني والتشييدات التي تبلغ نحو 40 في المائة من المواد الكيميائية ذات الصلة بالطاقة العالمية(2) ₍₂₎ من الانبعاثات، في حين أن قطاع النقل يمثل حصة هامة أخرى في معظم الدول الصناعية، ولا يعمل المهندسون المدنيون فقط في إطار هذه المناظر الطبيعية ويعرّفونها.

إعادة تحديد المواد الهيكلية لمستقبل منخفض الكربون

ويتطلب فهم البصمة الكربونية للهياكل الأساسية التمييز بين الانبعاثات التشغيلية الكربونية من التدفئة والتبريد وتوليد الطاقة في مرفق ما - والكربون المجسد، الذي يشمل جميع الانبعاثات من استخراج المواد الخام، والصناعة التحويلية، والتشييد، وقد ركزت الصناعة على مدى عقود على الكفاءة التشغيلية، ونظراً إلى أن مدونات الطاقة المثبتة وقطع الشبكة لا بد أن تشكل تحدياً مهيمناً، وبالنسبة للبدائل التي تجسد الكربون يمكن أن تمثل 50 في المائة أو أكثر من إجمالية من الانبعاثات المدنية.

الأسمنت المنخفض الكربون والتكنولوجيات الملموسة

Concrete is the second most consumed substance on Earth after water. Cement, its binding agent, is responsible for roughly 8 percent of global CO_{2[FLT: emissions — a share larger than that of the aviation industry. several engineering strategies are actively reducing this footprint.}

Mass Timber and the Tall Wood Building Revolution

كما أن التزود بالأخشاب المحتوية على خامات متعددة، والأخشاب الملوَّنة (Glulam) تُشَدُّ الصلب والخرسانة في مرحلة ما بين منتصف وعلي، وتُظهر هذه المنتجات الخشبية المُهندسة التي تُسْحب الكربون في الغلاف الجوي طوال عمر المبنى، وتُعتبر مورداً متجدداً عندما تُترجم من الغابات المدارة إدارة مستدامة، وتُحدِّل بدرجة كبيرة من الوزن الهيكلي، مما يتيح للمؤسسات الأصغر حجماً والمواد الأقل في المناطق المتروكية.

تقييم دورة الحياة وإعلانات المنتجات البيئية

ويسهل تحديد كمية الكربون المجسدة بواسطة أدوات تقييم دورة الحياة مثل جهاز تقييم الأثر الخاص بمعهد المواد المستدامة في أثينا، ويستخدم المهندسون المدنيون نظاماً قطرياً لمقارنة النظم الهيكلية - مثلاً، وتقييم إمكانات الاحترار العالمي لإطار فولاذ مقابل إطار عمل ملموس مقابل إطار خشبي جماعي لتصميم معين.

Decarbonizing Transportation through Infrastructure Design

ويشكل النقل أكبر مصدر لانبعاثات غازات الدفيئة في الولايات المتحدة وفي العديد من الاقتصادات المتقدمة الأخرى، وتسقط حلول الهندسة المدنية للحد من هذه الانبعاثات في ثلاثة استراتيجيات رئيسية: التمكين من الكهربة، وتحقيق الحد الأمثل من نظم التمهل، وتصميم التحول في النماذج.

البنية التحتية للمركبات الكهربائية وإدماج المحاجر

ويتطلب الاعتماد الواسع النطاق للمركبات الكهربائية توسيعاً هائلاً للهياكل الأساسية للشحن، إذ أن المهندسين المدنيين يصممون الدعم الهيكلي لشحن الأفران التي تدمج بصورة متزايدة مع ألواح فولتيكية مزودة بأجهزة توليد الطاقة المتجددة في الموقع، ويجب أن يُعنى التصميم المدني على مستودعات الشحن الكبيرة بإدارة مياه الأمطار في المناطق التي لا تُحتمل، وتوزيع الكهرباء، وإدارة الوزن الحراري للمعدات.

نظم دفع مستدامة

وبالإضافة إلى ذلك، تتيح تكنولوجيا " وارم ميكس أسبالت " (WMA) فرصاً مباشرة لخفض الكربون، وتخفض درجة حرارة الإنتاج بنسبة تتراوح بين 20 و40 درجة مئوية، وتخفض استهلاك الوقود وتتراكم الانبعاثات في محطة التبريد دون المساس بالأداء، ويستمر استخدام محركات العجلات المكررة في الارتفاع، مع تجاوز المواضع العالية البصمة 50 في المائة من المواد المستعادة في المستويات الأساسية والمتوسطة.

الوصل بين الوسائط المتعددة والتنمية الموجهة نحو المرور العابر

إن تخفيض الأميال التي تقطعها المركبات )VMT( هو أداة قوية لتطهير الكربون، إذ يصمم المهندسون المدنيون مخططات الموقع، ورؤوس الشوارع، وأجهزة التقاطع الجيولوجي التي تتيح وجود نظم هندسية آمنة وكفؤة للسيارات، والدراجة، وشبكات النقل الجماعي، وتركيز مشاريع كاليفورنيا ذات التوجه العابر على كثافة عالية، وتطوير استخدامات مختلطة حول محطات العبور، مما يتطلب خبرة في الهندسة الجيولوجية اللازمة لنظم الإدارة العميقة، والتصميمات الهيكلية،

التمكين من الانتقال من الطاقة المتجددة

إن الانتقال إلى شبكة طاقة صافية هو أساسا مشروع للبنية التحتية المدنية، وهو يتطلب بناء مرافق واسعة النطاق للتوليد المتجددة، وممرات نقل واسعة النطاق، ونظم تخزين الطاقة على نطاق واسع، ويقوم المهندسون المدنيون بأداء العمل الجيوتقني والهيدروليكي الذي يجعل هذه المرافق آمنة وموثوقة ودائمة.

مؤسسة الطاقة الشتوية الخارجية

فالرياح البحرية تمثل عنصراً حاسماً في حوافظ الطاقة المتجددة بالنسبة لكثير من الدول الساحلية، وفي المياه الضحلة (حتى 60 متراً)، وفي إطار تركيبة الصلب الأحادي النطاق التي تُدفع إلى قاع البحار، هو أكثر الحلول شيوعاً، حيث تتطلب إجراء تحقيقات مفصلة في المواقع الجغرافية وتصميم أكوام دينامية لمقاومة التصاميم الدورية من الرياح والأمواج الفرعية والحال.

مزرعة سولاري وخزن البطارية

وتشتمل المزارع الشمسية ذات النطاق العازل على أعمال واسعة النطاق في المواقع المدنية، وتصمم المهندسين تصنيفاً وتصريفاً لإدارة مياه الأمطار عبر مجموعات كبيرة من الألواح الفولطية الضوئية، وتحات التحكم والرواسب أثناء البناء، وإجراء تحقيقات جيولوجية لنظم التعقب من أجل تحقيق التصميم الأمثل للمؤسسة (الكيومات المتحركة، والحواجز المبطنة، والأغرافئ الأرضية)، ووضع طرق للوصول إلى الأسواق، وإضافات.

تحديث نظام المعلومات الأساسية ونقل الانبعاثات

وكثيرا ما تكون موارد الطاقة المتجددة بعيدة عن المراكز السكانية، مما يتطلب خطوطا جديدة للنقل السريع، ويقوم المهندسون المدنيون باختيار المسارات، وإجراء تحقيقات جيوتيكية في مؤسسات البرج، والتصميم الهيكلي لأبراج النقل (الفولاذ الأحادي، والإطار الأعلى)، ومراقبة التحات من أجل الطرق المؤدية إلى الوصول، وتشمل خطوط النقل الأساسية في المناطق البيئية الحساسة أو البيئات الحضرية الكثيفة تكنولوجيات غير قابلة للضغط مثل حفر الاتجاهات الأفقية)

Water Resource Engineering in a Changing Climate

ويغير تغير المناخ الدورة الهيدرولوجية، ويكثف الجفاف والأحداث الهطولية القصوى، وإدارة موارد المياه أمر أساسي للتكيف مع المناخ والتخفيف من آثاره، ويحدث التخفيف من آثاره من خلال كفاءة الطاقة في نظم المياه، وعزل الكربون في البيئات الساحلية، وتصميم البنية التحتية الخضراء.

البنية التحتية الخضراء والتنمية المنخفضة الأثر

وتُستخدم نظم نقل مياه الأمطار التقليدية في شبكات الطاقة الكثيفة، وكثيرا ما تُغطَّى بالظواهر القصوى، وتُستخدم فيها نظم توليد المياه ذات التأثير المنخفض ممارسات لا مركزية لمراقبة المصادر، وتُحدِّد خلايا الإحجام الأحيائي، والحدائق الممطرة، ونظم جمع مياه الأمطار من حجمها، وتخفض من حجمها إلى حجمها المركزي، وتُحدِّد ارتفاعات حجم المياه من خلال التخزين وارتداد البيولوجي.

Energy-Neutral Wastewater Treatment

إضافة إلى ذلك، فإن عمليات المعالجة التقليدية تستهلك قدرا كبيرا من الكهرباء من أجل الإهدار والضخ والتجهيزات الصلبة، ويزيد من قدرة المهندسين المدنيين والبيئيين على تصميم مرافق لتحقيق حياد الطاقة أو وضع الطاقة الجاهزة، ويتحقق ذلك من خلال الحفر الهوائي لبطاقات الصرف الصحي لإنتاج الغازات الأحيائية، التي تُحرق في محركات حرارة وكهرباء محركات توليد الكهرباء.

:: القدرة على الصمود الساحلي والكربون الأزرق

فالهياكل الأساسية الساحلية معرضة لارتفاع مستوى سطح البحر وازدهار العواصف، فالحلول المتحركة تتراوح بين الهياكل الأساسية الصلبة (البراعات، والألياف، والحواجز التي تنجم عن العواصف) والملامح القائمة على الطبيعة (الخطوط الساحلية، واستعادة الشعاب المرجانية، واستعادة المياه الساحلية) واستخدام النباتات المحلية، وقطع الأشجار، والشعاب المرجانية من أجل تثبيت النُهج القائمة على زراعة السواحل، وخلق الطاقة المائية.

المعايير والسياسات والإطار المهني

وتسترشد القرارات الهندسية الفردية وتعززها المدونات والمعايير ونظم التصنيف، وتدون مساهمة المهنة في التخفيف من حدة المناخ من خلال هذه الأطر.

مدونات الطاقة في المباني ومدونة التزود

ويضع معيار " قانون حفظ الطاقة الدولي " و " ASHRAE " 90-1 " الحد الأدنى من متطلبات كفاءة استخدام الطاقة للمباني، كما أن رموز المواضع ورموز الطاقة الصافية تزيد من حدة السوق، وتستلزم وجود مظاريف عالية الأداء في مجال البناء، ونظم ميكانيكية وإضاءة فعالة، وكثيرا ما تشمل استخدام الطاقة المتجددة، ويجب على المهندسين المدنيين تصميم الهياكل الأساسية التي تتوافق مع هذه الرموز، وتحديد المواد التي تحتوي على انبعاثات كربونية عالية، وتنسيق القرارات المتعلقة بالبني المصمم مع المصمم مع مواقع مصممة والمهندسة المصممة.

نظم تقييم الاستدامة: التخطيط، والتجهيز، والتجهيزات، والتجهيزات

وتشمل المبادرة المتعلقة بالهياكل الأساسية الأفقية (الطرق والجسور، وخطوط الأنابيب، والموانئ، ومصانع المعالجة)، وإطار للرؤية الذي وضعه معهد الهياكل الأساسية المستدامة نظاماً شاملاً لتقييم الاستدامة، ويشمل التخطيط نوعية الحياة، والقيادة، وتخصيص الموارد، والعالم الطبيعي، والمناخ والقدرة على التكيف، ويكافئ المشاريع التي تحد من انبعاثات غازات الدفيئة، واستخدام المواد ذات القيمة المثلى، وتقليص أهداف بناء المجتمعات المحلية.

الدعوة المهنية وتنمية القوى العاملة

وتعمل المنظمات المهنية مثل الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين والجمعية الكندية للهندسة المدنية بنشاط على إدماج محو الأمية في المناهج الهندسية والمبادئ التوجيهية للممارسة المهنية، وتعترف بيانات السياسة العامة المتعلقة بتغير المناخ التي تصدرها الجمعية بالحاجة الملحة إلى التخفيف والتكيف، وتدعو إلى زيادة التمويل للهياكل الأساسية المرنة والمستدامة، وتلبي برامج التعليم المتجددة التدريب على تصميمات محاسبة الكربون في منطقة أمريكا اللاتينية ومنطقة البحر الكاريبي، والمواد المنخفضة الكربون،

الاستنتاج: مشروع البنية التحتية المحددة للقنتيري

إن دور المهندس المدني في التخفيف من آثار تغير المناخ قد أنشئ وتوسع، وهو مكرس للخيارات المادية التي يتم اختيارها في مكتب مهندس هيكلي، وقرارات المواءمة التي تتخذ في ممر للنقل، وعمليات الحساب الهيدروليكي لنظام مياه العواصف، والتصميم الجيوتقني لمؤسسة رياحية قوية، والأدوات التقنية متاحة، وتحسين الخلايا الصناعية ذات البصمة المنخفضة الكربونية، والخيارات الهندسية العالية، والأخشاب، والهيكل الأساسي.