“Çevre Dostu ve Sürdürülebilir Bir İnşaat Yaklaşımı Günümüzde Ulaşılabilir Bir Hedef”

Yapı malzemeleri alanında sürdürülebilirlikle dijital üretim teknolojilerini bir araya getiren yeni bir proje* ile geleneksel çimento kullanımına alternatif olarak çevre dostu ve 3 boyutlu yazıcılarla üretilebilen yeni nesil bir bağlayıcı sistem geliştirildi. Performansı test edilen bu malzeme, karbon salımını düşürmekle birlikte yapı sektörüne sürdürülebilir dönüşüm açısından yenilik de getirdi. Projenin yürütücülüğünü yapan İstanbul Bilgi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Büşra Aktürk’ten projenin detaylarını öğrendik; inşaat sektöründe sürdürülebilirlik, çevre dostu malzeme kullanımı ve dijitalleşme ekseninde gündemi değerlendirdik.

 Elif YAŞAR ÖZYÜREK

İnşaat sektörü küresel karbondioksit emisyonlarının yaklaşık %7’sinden sorumlu ve özellikle geleneksel çimento üretimi bunda önemli bir paya sahip. Peki, çevre dostu ve sürdürülebilir bir inşaat teknolojisi mümkün müdür?

Evet, sürdürülebilir bir inşaat teknolojisi hem mümkün hem de her geçen gün daha uygulanabilir hale geliyor. Geleneksel Portland çimentosu, yüksek sıcaklıklarda üretilen ve bu süreçte büyük miktarda karbondioksit emisyonuna yol açan bir malzeme. Bizim çalışmamızda ise çimentonun yerine iki farklı malzeme kullanıldı: Daha düşük sıcaklıklarda kalsine edilen reaktif magnezyum oksit (r-MgO) ve demir-çelik endüstrisinin yan ürünü olan öğütülmüş yüksek fırın cürufu. Bu ikili hem enerji tüketimini hem de sanayi atıklarını değerlendirerek çevresel etkileri azaltıyor. Malzemelerin bağlayıcı özellik kazanması için kullandığımız sodyum karbonat (Na₂CO₃) da bu sürdürülebilirliğe katkı sağlıyor. Çünkü sektörde yaygın olan sodyum hidroksit veya sodyum silikat gibi yüksek enerji gerektiren ve pahalı kimyasalların aksine, sodyum karbonat daha düşük enerjiyle üretilebiliyor, maliyeti uygun ve çevreye daha az zararlı.

Yalnızca malzeme seçimi değil, üretim yöntemimiz de fark yaratıyor. 3 boyutlu (3B) yazıcılarla yapılan üretim, kalıp ihtiyacını ortadan kaldırıyor, malzemeyi sadece gerektiği kadar kullanmaya imkan veriyor ve tasarımda esneklik sağlıyor.

Hem malzeme hem de üretim teknolojisi doğru seçildiğinde, çevre dostu ve sürdürülebilir bir inşaat yaklaşımı günümüzde ulaşılabilir bir hedef.

Birleşmiş Milletler’in (BM) Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları doğrultusunda, geleceğin inşaat teknolojisinin nasıl olması gerektiğini öngörüyorsunuz? Dönüşüme uyum sağlamak için hangi adımlar atılmalı?

BM’nin 17 maddelik Sürdürülebilir Kalkınma Amacı, aslında bize geleceğin inşaat teknolojisini şekillendirecek çok net bir yol haritası sunuyor. Amaçlar’a göre hareket ettiğimizde, ortaya yalnızca daha dayanıklı değil, aynı zamanda daha yaşanabilir ve çevreyle uyumlu şehirler çıkıyor.

Örneğin düşük maliyetli, hızlı üretilebilen ve yerinde yazdırılabilen yapı malzemeleri sayesinde dar gelirli topluluklar için erişilebilir konut üretmek mümkün hale geliyor. Bu yaklaşım, “Yoksulluğa Son” ve “İnsana Yakışır İş ve Ekonomik Büyüme” hedeflerine doğrudan katkı sağlıyor. Aynı zamanda dijital üretim ve 3B yazıcı teknolojilerinin inşaat sektörüne entegrasyonu, inovasyonu teşvik ediyor ve yeni bir endüstriyel dönüşümün kapılarını aralıyor; bu da “Sanayi, Yenilikçilik ve Altyapı” amacıyla birebir örtüşüyor.

Çimentosuz ve düşük karbon ayakizine sahip malzemelerle inşa edilen yapılar hem çevresel hem de ekonomik açıdan sürdürülebilir kentlerin temelini atıyor. Bu noktada “Sürdürülebilir Şehirler ve Topluluklar” hedefi öne çıkarken, sanayi yan ürünlerinin değerlendirilmesi de “Sorumlu Üretim ve Tüketim” amacına hizmet ediyor. Özellikle yüksek fırın cürufu gibi atıkların geri kazanımı, kaynakların verimli kullanımını sağlıyor ve döngüsel ekonomiyi güçlendiriyor. Çimento yerine alternatif bağlayıcıların tercih edilmesiyle karbon emisyonu ciddi şekilde azaltılabiliyor; bu da “İklim Eylemi” hedefinin en somut karşılıklarından biri. Bütün bu dönüşümün hayata geçirilebilmesi ise üniversiteler, sanayi kuruluşları ve kamu kurumlarının birlikte hareket etmesine bağlı.

Geleceğin inşaat teknolojisi, bu hedeflerin kesişim noktasında gelişmeli: Karbon ayakizini azaltan, doğal kaynakları verimli kullanan, dijitalleşmeden güç alan ve toplumsal faydayı ön planda tutan bir yaklaşım. Bunun gerçekleşmesi için öncelikle araştırma projeleri ve pilot uygulamalar desteklenmeli ki laboratuvarlarda geliştirilen malzemeler sahaya taşınabilsin. Ayrıca mevcut mevzuat ve standartlar güncellenerek, yeni malzemelerin ve üretim yöntemlerinin önünü açmak da gerekiyor. Mühendislerden mimarlara, yerel yönetimlerden toplumun geneline kadar tüm paydaşların eğitilmesi ve bu dönüşüme aktif olarak dahil edilmesi şart.

Endüstriyel ölçekte projeniz hangi avantajları sunuyor? Gerçekleştirdiğiniz yeni malzeme üretiminin çevreye ne gibi katkılar sağlayacağını düşünüyorsunuz?

Endüstriyel ölçekte geliştirdiğimiz bu malzemenin en büyük katkılarından biri doğrudan karbon emisyonunu azaltması. Çünkü bağlayıcı sistemimiz, çimento gibi yüksek karbondioksit emisyonuna neden olan bir malzeme içermiyor; daha düşük sıcaklıklarda elde edilen bileşenlere dayanıyor. Yanı sıra demir-çelik tesislerinden çıkan yüksek fırın cürufunu kullanarak sanayi yan ürününü katma değerli bir yapı malzemesine dönüştürüyoruz. Bu yaklaşım hem atıkların geri kazanımını sağlıyor hem de döngüsel ekonomi anlayışını güçlendiriyor. Üretim yöntemimiz de sürdürülebilirliği destekliyor: 3B yazıcılar sayesinde yalnızca ihtiyaç duyulan miktarda ve geometride malzeme kullanılıyor. Böylelikle hem malzeme israfı hem de işçilik maliyetleri önemli ölçüde azalıyor.

Bütün bu yenilikler bir araya geldiğinde, endüstriyel ölçekte dört temel avantaj ortaya çıkıyor. Öncelikle, karbon ayakizini azaltarak şirketlerin sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmalarına yardımcı oluyoruz. İkincisi, kalıp ihtiyacının azalması, daha az iş gücü kullanılması ve inşaat sürelerinin kısalmasıyla maliyetlerde ciddi bir optimizasyon sağlanıyor. Üçüncüsü, 3B yazıcı teknolojisi sayesinde daha önce geleneksel yöntemlerle üretimi zor olan karmaşık, kıvrımlı ya da içi boş hafif kesitler kolayca yapılabiliyor; yani tasarım özgürlüğü artıyor. Son olarak da robotik üretim süreci, aynı kalitede ve tekrarlanabilir sonuçlar sunarak yapıların güvenilirliğini artırıyor.

Çevresel açıdan uzun vadede etkisi çok daha büyük: Daha düşük emisyonlu bir üretim zinciri oluşturuyor, atıkları değerli bir kaynağa dönüştürüyor ve şehirlerde kaynakların çok daha verimli kullanılmasına zemin hazırlıyor. Bu da gelecekte hem çevreye hem de ekonomiye doğrudan katkı sağlayacak bir dönüşüm anlamına geliyor.

Sürdürülebilir şehirler aynı zamanda afetlere de dirençli olmalı. İklim krizinin şiddetlenen etkileri karşısında, geliştirdiğiniz malzemenin dayanıklılığının yanı sıra afet sonrası hızlı yapı üretimi ve yerinde üretim gibi alanlarda uygulanırlığı hakkında neler söylemek istersiniz?

Ülkemiz gibi deprem kuşağında yer alan bölgelerde afet sonrası hızlı, güvenli ve yerinde üretim büyük önem taşıyor. 3B yazdırılabilir beton bu ihtiyaca güçlü bir yanıt sunuyor. Kalıpsız ve katmanlı üretim yöntemiyle geçici barınma birimleri, altyapı elemanları veya modüler yapı blokları saha koşullarında kısa sürede üretilebiliyor. Bizim geliştirdiğimiz malzeme karışımları da bu teknolojiye uyumlu olacak şekilde tasarlandı. Uygun priz süresi, akışkanlık ve yazdırılabilirlik özellikleri sayesinde homojen ve boşluksuz bir şekilde yazdırılabiliyor, yeterli basınç dayanımıyla da güvenli bir yapı malzemesi haline geliyor.

Deprem sonrası senaryoda, önceden tasarlanmış bir barınma modülünün dosyasını yazıcıya yükleyip günler içinde sahada üretmek mümkün olacak. “Üretilebilirlik” dediğimiz özellik sayesinde, alt katmanlar üst katmanları şekli bozulmadan taşıyabiliyor. Laboratuvar deneylerimiz bu kritik aşamaların başarıyla aşıldığını gösterdi. Elbette, sahada büyük ölçekli denemelere ihtiyaç var. Ancak şu ana kadar elde ettiğimiz sonuçlar, afetlere karşı daha dirençli ve hızlı şekilde üretilebilen yapılar için umut verici.

Gelecek çalışmalarımızda 3B yazıcılarla kısa sürede üretilebilen, daha az malzeme ile yeterli dayanım sağlayan ve farklı duvar tasarımlarına olanak tanıyan çözümlere odaklanmayı hedefliyoruz.

*Nano silika katkılı, sodyum karbonatla aktive edilmiş reaktif MgO/cüruf esaslı bağlayıcı sistemler geliştirilmesi: Reolojik, içyapı özellikleri, performansı ve dijital teknolojiler ile üretilebilirliği başlıklı proje, İstanbul Bilgi Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Büşra Aktürk yürütücülüğünde; İstanbul Bilgi Üniversitesi Mimarlık Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Tuğrul Yazar, Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Didem Oktay, Yıldız Teknik Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Arş. Gör. Ömer Can Özen ve İnş. Y. Müh. Onur Ertuğrul tarafından geliştirilmiştir.