Този 3D отпечатан, абсорбиращ въглерод мост е вдъхновен от костите

Вижте всички тематики Връзката е копирана! Следвайте

Достъпен, многофункционален, необикновено здрав и наличен на локално равнище, бетонът е най-използваният в света материал, основан от индивида.

Но има и голям въглероден отпечатък, който съставлява към 8% от световните парникови излъчвания.

Секторът на бетона и цимента се пробва да понижи въздействието си върху околната среда от години посредством устойчиви бетонови смеси или ефикасни планове.

Сега проучвателен екип от Университета на Пенсилвания комбинира както нови материали, по този начин и дизайн, който икономисва материали, без да прави компромис със здравината и издръжливостта.

Проектът, наименуван Diamanti, черпи ентусиазъм от природата и употребява роботизиран 3D принтер за основаване на комплицирани, сходни на решетка модели с устойчива бетонна примес.

Докато множеството елементарни бетони всмукват въглероден диоксид (до 30% от индустриалните излъчвания през целия му витален цикъл, съгласно някои изследвания), усъвършенстваната бетонна примес на Diamanti всмуква 142% повече въглероден диоксид от стандартните бетонови смеси.

Първият му дизайн, пешеходен мост, употребява 60% по-малко материал, като в същото време резервира механичната издръжливост, споделя Масуд Акбарзадех, доцент по архитектура в Университета на Пенсилвания и шеф на лабораторията, която управлява плана.

„ През милиони години на еволюция природата е научила, че нямате потребност от материал на всички места “, споделя Акбарзаде. „ Ако вземете напречно сечение на кост, разбирате, че костта е много пореста, само че има избрани модели, в границите на които се трансферира натоварването (или тежестта). “

Чрез подражаване на структурите в някои порести кости - известни като структури с трикратна периодическа минимална повърхнина (TPMS) - Diamanti също усили повърхността на моста, увеличавайки капацитета за попиване на въглерод на бетонната примес с още 30%.

„ Повърхностната повърхност, дружно с това свойство на материала, максимизира реакцията с въглерода на микроскопично равнище “, споделя Акбарзаде. „ Това способства доста както за намаляването, по този начин и за усвояването (на въглероден диоксид). “

Проектът, стартиран през 2022 година в съдействие с химическата компания Sika със седалище в Швейцария и с грантове от Министерството на енергетиката на Съединени американски щати, в този момент се приготвя за построяването на първия си първообраз в цялостен размер във Франция.

Конкретни промени

Силата, издръжливостта и сигурността на бетона, сходно на огнеустойчивостта, „ са основополагащи за това за какво се употребява в подобен мащаб, какъвто е в международен мащаб “, споделя Андрю Минсън, шеф по бетон и стабилно строителство в Глобалната асоциация за цимент и бетон.

Циментовата промишленост постави обилни старания за възстановяване на устойчивостта, намалявайки своите въглеродни излъчвания с 25% на метричен звук сред 1990 година и 2023 година Емисиите на бранша обаче са по-високи през днешния ден, в сравнение с през 2015 година, заради нарасналото търсене, съгласно Международната организация по енергетика (IEA).

Повечето от неговите излъчвания - към 90% - идват от цимент, споделя Ду Хонгян, старши учител по гражданско инженерство в Националния университет на Сингапур, който не взе участие в плана Diamanti.

Циментът е свързващо вещество, което се втвърдява при разбъркване с вода и се употребява в строителни материали, в това число бетон, където държи дружно елементи като пясък и камък.

Енергоемкият развой за произвеждане на цимент включва разграждане на варовик при температури до 2000 градуса по Целзий (3632 Фаренхайта) в пещ, което генерира въглеродни излъчвания. Освен това, варовикът е калциев карбонат, който освобождава въглероден диоксид при високи температури, което съставлява по-голямата част от излъчванията на цимент, споделя Hongjian.

Замяната на цимент с други материали може да помогне за понижаване на въглеродния му отпечатък и няколко компании и организации изследват по-абсорбиращи бетонови смеси: Японската CO2-SUICOM декларира, че нейната бетонова примес е въглеродно-отрицателна, а основаната в Обединеното кралство Seratech е една от няколкото компании, които включват абсорбиращия CO2 минерал оливин в цимента, с цел да го създадат по-устойчив.

Бетонната примес на Diamanti, създадена от доктор Шу Янг от отдела по материалознание на Университета на Пенсилвания, употребява диатомична пръст (DE), естествено шуплест, богат на силициев диоксид материал, създаден от фосилизирани водорасли, с цел да размени част от цимента.

Този биоминерал основава „ канали “ в бетона, които разрешават на въглеродния диоксид да проникне под повърхността, споделя Хонгян. Въпреки това, DE имаше световно произвеждане от 2,6 милиона тона през 2023 година — тъй че до момента в който Hongjian има вяра, че материалът има капацитет, „ веригата на доставки би трябвало да се обмисли за бъдещо по-широко приемане “, в случай че желае да отговори на големите условия за бетон, споделя той.

Минсън е склонен, че предлагането може да е проблем, само че когато суровината е налична, тя може да обезпечи „ нишово решение “.

" Няма сребърен патрон. Трябва да предприемем всички разнообразни дейности, които можем, с цел да управляваме потребностите от материали и да понижим въглерода ", прибавя Минсън.

Друг новаторски аспект на проучването е увеличената повърхнина: бетонът всмуква ca