क्या दुनिया में सचमुच रेत कम पड़ रही है?

• दुनिया में रेत खुद खत्म हो रही है—यह व्याख्या काफी हद तक बढ़ा-चढ़ाकर कही गई है; निर्माण के लिए रेत की समस्या गुणवत्ता, स्थान, लागत और पर्यावरणीय नियमों से जुड़ी supply समस्या के अधिक करीब है
• concrete के लिए रेत में कणों का आकार और उनका distribution महत्वपूर्ण होता है, और जिन क्षेत्रों में प्राकृतिक रेत कम है वहां भी बड़ी चट्टानों को तोड़कर और छानकर manufactured sand बनाई जा सकती है
• गोल desert sand को concrete में इस्तेमाल नहीं किया जा सकता—यह प्रचलित धारणा बहुत सरलीकृत है; वास्तविक performance केवल कणों के आकार पर नहीं, बल्कि workability और water-cement ratio पर भी काफी निर्भर करती है
• garage experiment में समान mix ratio पर angular manufactured sand वाला concrete 3 गुना मजबूत निकला, लेकिन समान workability मिलाने पर गोल रेत के mix ने 30% कम पानी इस्तेमाल किया और लगभग 10% अधिक मजबूत निकला
• रेत extraction का बोझ transport cost, river mining से environmental damage, regulatory compliance cost और recycling की संभावना तक शामिल करने वाले engineering और economic trade-off के रूप में देखा जाना चाहिए

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रेत की कमी के सिद्धांत से अधिक जटिल है construction materials की समस्या

• रेत का उपयोग glass, semiconductor, optical fiber, filter, abrasive, surface texture, play, aesthetics आदि कई कामों में होता है, और construction sector में यह खासकर concrete का मुख्य material है
• concrete पानी, cement, gravel और sand जैसे सरल materials से बनाया जा सकता है; यह सस्ता, टिकाऊ और अलग-अलग shapes में ढाला जा सकने वाला होता है
• construction sand आम तौर पर पास के स्थानों से निकाली जाती है
  • transport cost, sand की cost में बड़ा हिस्सा रखती है
  • source और use location के बीच की दूरी सीधे economics से जुड़ती है
• river sand अक्सर concrete के लिए उपयुक्त होती है, लेकिन river mining जलधारा की characteristics बदलकर upstream और downstream दोनों को प्रभावित कर सकती है
• रेत geological processes से बनने की गति की तुलना में इस्तेमाल की गति बहुत ज्यादा होने के कारण एक non-renewable resource है, लेकिन बड़ी चट्टानों को तोड़कर construction sand बनाने का तरीका भी मौजूद है

engineering में रेत को अलग करने के मानक

• USDA soil triangle में 85% या उससे अधिक sand वाले granular material को sand के रूप में classify किया जाता है
• Unified Soil Classification System (USCS) में particle size मुख्य criterion है
  • आधे से अधिक particles को Number 4 sieve, यानी लगभग 5mm, से गुजरना चाहिए
  • आधे से अधिक particles को Number 200 sieve, यानी लगभग 75 microns से छोटे sieve, से नहीं गुजरना चाहिए
• आम तौर पर जिस clean sand की कल्पना की जाती है, वह USCS criteria में clean sand के करीब है, जिसमें Number 200 sieve से गुजरने वाले particles 12% से कम होते हैं
• यह standard दिखाता है कि sand कोई single material नहीं, बल्कि काफी विस्तृत range की granular soil को शामिल करती है

manufactured sand और गोल रेत की concrete performance

• manufactured sand बड़ी चट्टानों को crush करने के बाद बहुत बड़े और बहुत छोटे particles को sieve से अलग करके बनाई जा सकती है
  • पहले से ही gravel जैसे coarse aggregate बनाने वाली quarries और crushing facilities मौजूद हैं
  • कुछ मामलों में छोटे particles byproduct हो सकते हैं
  • river से दूर inland mining से environmental impact कम करने की संभावना हो सकती है
• particle shape concrete strength को प्रभावित करता है
  • tumbler से घिसी हुई sand में गोल और smooth particles होते हैं
  • crushed sand में sharp और angular particles होते हैं
  • समान मात्रा को जमा करने पर गोल sand कम friction के कारण अधिक फैलती है
• समान material weight से बने experimental mix में angular manufactured sand वाला concrete अधिक मजबूत था
  • गोल sand concrete लगभग 2,500 Practical Engineering units पर fail हुआ
  • manufactured sand concrete लगभग 7,500 units पर fail हुआ
  • यह garage experiment था, specimen केवल 1 था, और load cell भी calibrated नहीं था
• मौजूदा research में भी, बाकी conditions समान रखने पर fine aggregate जितना अधिक angular होता है, concrete strength उतनी अधिक होने के परिणाम दिखे हैं

desert sand की धारणा और water-cement ratio

• concrete का मूल्यांकन केवल strength से नहीं होता; harden होने से पहले formwork में डालने और compact करने योग्य workability भी महत्वपूर्ण है
• workability अक्सर slump test से मापी जाती है
  • cone में concrete भरने के बाद cone को उठा लिया जाता है
  • concrete कितना बैठता है, इससे उसकी flowability देखी जाती है
• workability बढ़ाने के लिए अधिक पानी डालने पर concrete बेहतर flow करता है, लेकिन strength घट जाती है
  • cement ऐसा adhesive नहीं है जो पानी evaporate होकर harden होता हो; वह पानी को chemical reaction में शामिल करके cure होता है
  • cement अपने वजन के लगभग 35% पानी के साथ react कर सकता है
  • उससे अधिक पानी उस volume को घेरता है जिसे कोई अधिक मजबूत material ले सकता था
• समान workability के आधार पर दोबारा mix करने पर परिणाम बदल गए
  • manufactured sand mix को workability match करने के लिए 100ml पानी की जरूरत पड़ी
  • गोल sand mix को केवल 70ml चाहिए था, यानी 30% कम पानी इस्तेमाल हुआ
  • एक सप्ताह बाद failure test में गोल sand specimen 4,800 units पर और manufactured sand specimen 4,300 units पर fail हुआ
• गोल sand concrete के लिए अनुपयुक्त है—यह बात एक simplified myth के करीब है
  • American Concrete Institute bulletin के अनुसार fine aggregate की shape और texture का hardened concrete strength पर असर लगभग पूरी तरह resulting water-cement ratio से जुड़ा होता है
  • Vince Beiser की किताब में quote किए गए UN लेख ने 2006 के China desert sand paper को आधार बनाया था, लेकिन उस paper ने particle roundness को measure नहीं किया और न ही उस characteristic से results को interpret किया
  • उस paper के conclusion में यह बात शामिल है कि desert sand concrete के लिए अन्य fine aggregates का viable alternative है
  • इस study का मुख्य issue particle shape से अधिक gradation के करीब है

असली सीमाएं cost, environmental impact और material supply model हैं

• fine aggregate दुनिया भर में मिलता है और उसे बनाया भी जा सकता है, लेकिन actual construction में cost मुख्य constraint है
• manufactured sand, सीधे mix में डाली जा सकने वाली natural material को mine करने की तुलना में महंगी हो सकती है
  • workability सुनिश्चित करने के लिए chemical admixture जैसे अतिरिक्त materials की जरूरत हो सकती है
  • अच्छी quality की sand को दूर से transport करना भी cost बढ़ाता है
  • दुनिया भर में कड़े होते environmental regulations का पालन करते हुए mining करने की cost भी बढ़ रही है
• “fine aggregate पृथ्वी पर दुर्लभ होता जा रहा है” कहने की तुलना में “sand पहले की तुलना में कहीं ज्यादा महंगी होती जा रही है” कहना अधिक सटीक है
• sand की कम कीमत और प्रचुरता concrete के बड़े पैमाने पर इस्तेमाल के कारणों में से एक है, और अगर sand economics बदलती है तो engineering और construction industry भी उसके साथ बदल सकती है
• दूसरे materials में भी supply model में बदलाव ने demand और usage patterns बदले हैं
  • industrial diamonds में 99% synthetic diamonds हैं
  • दुनिया भर में wood usage का एक-तिहाई से अधिक हिस्सा logging के लिए लगाए गए plantations से आता है
  • plywood, OSB और structural composites जैसी engineered wood raw materials का अधिक efficient उपयोग कर सकती है
• concrete को भी crush करके aggregate के रूप में recycle किया जा सकता है और नए concrete या दूसरे construction materials में फिर इस्तेमाल किया जा सकता है
  • इससे natural sources की demand कम हो सकती है
• construction industry में sand और gravel की demand बढ़ रही है, लेकिन मुद्दा यह नहीं कि दुनिया material खुद पूरा खत्म कर रही है; बल्कि बदलाव इस दिशा में है कि procurement cost और environmental तथा future costs को ज्यादा पहचाना और reflect किया जा रहा है

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Hacker News की राय

• tugboat business शुरू करने पर मुझे जो बात चौंकाने वाली लगी, वह यह थी कि कोई देश रेत का निर्यातक भी और आयातक भी हो सकता है
  कुछ तरह की रेत concrete के लिए अमेरिका से Bahamas जाती है, और दूसरी तरह की रेत aquarium के लिए Bahamas से अमेरिका जाती है
  विशेष रेत standard volleyball courts बनाने में भी इस्तेमाल होती है

  • पुराने जमाने के computer programming geek के नज़रिए से, यह जानना अजीब लगता है कि उसी forum में tugboat business owner भी हैं
  • विशेष रेत वाकई बहुत तरह की होती है
    स्थानीय athletics federation के long jump sand pit को बदलते समय पता चला कि factory-crushed sand नहीं, बल्कि नदी-तल की रेत इस्तेमाल करनी चाहिए
    क्योंकि नदी के पानी में लगातार घिसने से उसके तेज किनारे घिसकर खत्म हो जाते हैं, इसलिए वह खरोंचें कम लगाती है
    रेत सिर्फ रेत नहीं होती
  • किसी देश का एक ही चीज़ का निर्यात और आयात दोनों करना काफी आम है
    उदाहरण के लिए Germany भी कारें बहुत आयात करता है और बहुत निर्यात भी
  • Trade, concrete वाली रेत को aquarium वाली रेत में बदलने की तकनीक है
  • रेत नहीं, लेकिन याद है कि मैंने पढ़ा था कि Colorado ने Rockies से होकर गुजरने वाली I-70 बनाते समय दुनिया भर से विशेष मिट्टी आयात की थी
    कहा गया था कि स्थानीय मिट्टी में कई ज़रूरी properties नहीं मिलती थीं

• जब उद्धृत किए जा सकने वाले स्रोत, जैसे Beiser की किताब और UN का लेख, गलती करते हैं, तो वह error गलत होने के बावजूद common sense जैसी बात बनकर फैलती रहती है—ऐसा pattern काफी आम लगता है
  ऐसे कई बेहतरीन blog posts हैं जिनमें लेखक गहराई से जाकर कई स्तरों की गलतियां ढूंढते हैं, लेकिन वे academia या Wikipedia की नज़र में “उद्धृत किए जा सकने वाले” स्रोत नहीं होते, इसलिए गलत दावे फैलते रहते हैं
  “किसे उद्धृत किए जा सकने वाला स्रोत माना जाए” की समस्या हल करना जटिल है, लेकिन तब तक भी well-researched findings और corrections को non-academic sources से ऐसी उद्धरणीय form में आसानी से और नियमित रूप से लाने का तरीका चाहिए

  • Wikipedia में “उद्धृत किए जा सकने वाले स्रोत” तय करने के मानदंड सबसे अच्छे हाल में भी ढीले हैं, और बुरे हाल में उनका दुर्भावनापूर्ण इस्तेमाल हो सकता है
    खासकर सामाजिक मुद्दों में, किसी खास दृष्टिकोण के पक्ष में होने की वजह से “अनुचित” स्रोतों को स्वीकार किए जाने के उदाहरण बहुत हैं
    STEM क्षेत्रों में आम तौर पर स्थिति ठीक रहती है, लेकिन लोगों के जीवन से जुड़े articles में अहम स्रोत-प्रकारों की कमी होती है और व्यक्तियों के pages में bias बहुत होता है, इसलिए सावधानी से देखना चाहिए
  • BBC का गणित और statistics program More or Less ऐसे statistics को “zombie statistics” कहता है
    कोई fact शुरू में गलत तरीके से quote किया जाता है, लेकिन वह punchy one-liner के रूप में उपयोगी होता है, इसलिए कई बार खारिज किए जाने के बावजूद दोहराया जाता रहता है

• Grady engineering reporting और documentary की दुनिया में hero जैसे हैं
  Practical Engineering के जरिए मैंने दूसरे engineering fields में दुनिया कैसे चलती है, यह बहुत सीखा है; खासकर वे उन neglected fields पर अक्सर बात करते हैं जहां talent के बाहर जाने की गति, नए लोगों की भर्ती की गति से ज्यादा है
  यह उम्मीद जगाने वाली बात है कि teenagers उनके videos देखकर infrastructure field में जाना चाह सकते हैं, और आजकल के video content में कम दिखने वाले उनके शांत और rational perspective की मैं खास तौर पर सराहना करता हूं

  • पूरी तरह सहमत हूं। वे अलग-अलग approaches और trade-offs को शांत तरीके से समझाते हैं
    उन्हें पारंपरिक journalist कहना मुश्किल है, लेकिन अगर journalism का भविष्य ऐसा हो तो अच्छा होगा
    यानी अपने field की expertise रखने वाले लोग अपने क्षेत्र को आसान और स्पष्ट तरीके से समझाएं
  • करीब 10 साल पहले मैं भी ऐसा ही था, लेकिन FAANG compensation का आकर्षण बहुत मजबूत था, इसलिए civil engineering में 1 साल के बाद electrical engineering/computer science में चला गया
    सोचता हूं कि क्या किसी दिन हम इस तरह talent redistribution का असर सच में महसूस करेंगे, और क्या civil engineering ज्यादा pay वाला profession बन जाएगा

• विडंबना यह है कि अभी-अभी एक बिल्कुल अलग “रेत आपदा” सामने आई: https://mastodon.social/@mimsical/113232531800424706
  microchips बनने वाले silicon ingots बनाने की crucible अति-उच्च-शुद्धता quartz sand से बनती है, और दुनिया की supply का 70% North Carolina की एक जगह, Spruce Pine, से आता है

  • HN पर एक post थी कि global semiconductor supply chain का critical node Hurricane Helene से प्रभावित हुआ है
    https://news.ycombinator.com/item?id=41701862
  • जल्दी से खोजने पर लगता है कि North Carolina के अलावा भी ऐसी material पाने की जगहें हैं
    सवाल यह है कि क्या यह mine अभी सबसे सस्ती होने के कारण इस्तेमाल हो रही है और इसके बंद होने पर सब alternative suppliers के पास जा सकते हैं, या उस mine के खत्म होने पर कोई विकल्प बिल्कुल नहीं बचेगा
  • artists जिन glass batches का खूब इस्तेमाल करते हैं—यानी glass बनाने के लिए पिघलाए जाने वाले raw materials के combinations में से एक—Spruce Pine Batch है
  • Spruce Pine रेत इस्तेमाल नहीं करता, बल्कि pegmatite से बड़े quartz crystals निकाले जाते हैं
  • करीब 6 महीने पहले HN पर आई एक post में मैंने यह comment लिखा था: https://news.ycombinator.com/item?id=39818778
    दुर्भाग्य से Western North Carolina में भारी नुकसान के कारण उस hypothesis को test करने का मौका मिल गया
    hypothesis यह है कि Spruce Pine रुक भी जाए तो global semiconductor industry पर कुल असर अपेक्षाकृत ज्यादा दिखाई नहीं देगा

• वाकई दिलचस्प video है
  desert sand construction के लिए अनुपयुक्त होती है—यह विचार देखने में पूरी तरह fabricated लगता है; मैंने पहली बार किसी को इस पर सीधे सवाल उठाते देखा
  लगता है कि मैंने इस विचार को पर्याप्त verify किए बिना ही अपने दिमाग में स्वीकार कर लिया था

• जर्मनी में जब धूप बहुत होती है और हवा तेज़ चलती है, तो बची हुई बिजली से निपटने के लिए कई बार उल्टा पैसे देने पड़ते हैं
  सोचता हूँ कि उस सस्ती बिजली से rock crusher चलाकर और रेत बनाई जाए तो कैसा रहेगा

  • जब बिजली की कीमत 0 या negative हो, तो उसका इस्तेमाल करने का एक तरीका refractory solid में high-temperature heat store करना है
    यह तरीका वे लोग इस्तेमाल करते हैं जो आम तौर पर heat पाने के लिए fuel जलाते हैं; इससे हवा को preheat करके ज़रूरी fuel घटाया जा सकता है या बिल्कुल 0 किया जा सकता है
    refractory bricks लगभग 1000°C तक सहन कर सकती हैं, और MIT से निकली एक spin-off कंपनी nickel-doped special chromium oxide bricks इस्तेमाल करके इन्हें natural gas-air flame temperature के करीब 1800°C तक चलाती है
    ये bricks electrically conductive हैं, इसलिए खुद heating element की तरह भी काम कर सकती हैं
    https://www.fastcompany.com/91129126/these-bricks-conduct-el...
    https://electrifiedthermal.com/
    https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/130800
  • खाली पड़ी equipment capital cost, दूसरों को बिजली लेने के लिए पैसे देने की cost से कहीं ज़्यादा होने की संभावना है
    price swings कितने बड़े हैं, इस पर निर्भर करके battery कहीं बेहतर investment हो सकती है
  • ऐसा मौका हो तो समझ नहीं आता कि Bitcoin miners क्यों नहीं टूट पड़ते
  • बिजली मुफ्त हो तो भी production मुफ्त नहीं हो जाता
    labor, machine wear, और उस पैसे को कहीं और लगाने की opportunity cost भी होती है
    ऐसी crusher बनाकर अभी के हिसाब से सिर्फ़ छोटे x% समय के लिए चलाना अच्छा investment नहीं हो सकता
  • इस अवसर का लाभ उठाने के लिए लगता है अब gravity battery लगाने का समय आ गया है

• जिस किताब का ज़िक्र है, वह Vince Beiser की The World in a Grain: The Story of Sand and How It Transformed Civilization है
  यह रेत नाम के लगातार अहम होते और घटते प्राकृतिक संसाधन, और उसे mine करने, बेचने, construction में इस्तेमाल करने, और कभी-कभी उसी के लिए लोगों की हत्या तक कर देने वाले लोगों की कहानी है
  यह रेत पर निर्भरता की गंभीर मानवीय और environmental costs पर भी बात करती है, और America से लेकर India, China और Dubai के दूरदराज़ इलाकों तक जाकर समझाती है कि modern life के लिए रेत क्यों अहम है
  https://www.goodreads.com/book/show/36950075-the-world-in-a-...

  • इसी विषय पर एक और किताब Ed Conway की Material World: The Six Raw Materials That Shape Modern Civilization है
    https://www.goodreads.com/book/show/112974899-material-world
    इसमें बताया गया है कि रेत, नमक, लोहे, तांबे, तेल और lithium जैसे बुनियादी materials ने हज़ारों सालों तक साम्राज्य बनाए, सभ्यताओं को गिराया, और मानव रचनात्मकता व लालच को ईंधन दिया
    आधुनिक दुनिया इनके बिना मौजूद नहीं हो सकती, और इन्हें control करने की लड़ाई भविष्य तय करेगी

• यह कहना सही है कि “concrete ज़्यादातर दूसरी materials पर भारी पड़ता है”
  Wikipedia के अनुसार concrete पानी के बाद दुनिया में दूसरा सबसे ज़्यादा इस्तेमाल होने वाला पदार्थ है
  concrete इतना आम है, फिर भी मैंने महसूस किया कि मैंने इसके बारे में कभी ठीक से सोचा ही नहीं था; Wikipedia article देख रहा था, और हैरानी होती है कि ऐसा होना संभव है

  • सोचता हूँ कि हवा या लकड़ी जैसी चीज़ों का क्या होता है
    यह भी देखना होगा कि बात mass के हिसाब से है या volume के हिसाब से

• अगर यह लेख दिलचस्प लगा, तो Material World: A Substantial Story of Our Past and Future ज़रूर पढ़ने लायक है
  पिछले कुछ सालों में पढ़ी किताबों में यह सबसे ज़्यादा आँखें खोलने वाली किताबों में से एक थी

  • सहमत हूँ। इसे इस साल की शुरुआत में पढ़ा था और इसने बहुत कुछ समझाया

• कुछ साल पहले जब मैं छुट्टियों पर Vietnam गया था, तो Mekong नदी में रेत dredging साफ़ तौर पर बड़ा business लग रहा था
  रेत से लदी नावों को नदी में नीचे जाते देखा जा सकता था, और सुना था कि यह मूल रूप से protected है, लेकिन कोई रोकता हुआ नहीं दिखा
  Vietnam में corruption काफी ज़्यादा लगता था, और सुना था कि dredging से होने वाले erosion के कारण घर नदी में ढहकर गिर रहे हैं