Naukowcy stworzyli nowy beton bioinfundowany, wykonany z mikroalg kopalnych, który pochłania więcej CO₂ niż emituje podczas produkcji.
Sektor budowlany, który ma ogromne znaczenie w Hiszpanii, nieustannie poszukuje nowych materiałów, które zmienią branżę. Dzięki postępowi technologicznemu opracowano już alternatywne rozwiązania: od cegieł wykorzystujących odpady trzciny cukrowej po beton z ludzkim moczem.
Do nich dołącza beton opracowany przez zespół naukowców z Uniwersytetu Pensylwanii w Filadelfii (Stany Zjednoczone), który zmieni budownictwo, ponieważ jest drukowany w 3D, wychwytuje o 142% więcej dwutlenku węgla niż tradycyjne materiały i jest niezwykle wytrzymały.
Koniec z rozładowanym akumulatorem w samochodzie: wynalazek Lidla, który pozwala naładować akumulator za mniej niż 25 euro, podbija Hiszpanię. Koniec z rozładowanym akumulatorem w samochodzie: wynalazek Lidla, który pozwala naładować akumulator za mniej niż 25 euro, podbija Hiszpanię.
Beton pozostaje obecnie najczęściej stosowanym materiałem budowlanym na świecie, ale ma poważny problem: ma ogromny wpływ na środowisko, ponieważ około 9% globalnych emisji gazów cieplarnianych pochodzi bezpośrednio lub pośrednio z jego produkcji.
Aby temu przeciwdziałać, multidyscyplinarny zespół naukowców znalazł potencjalne rozwiązanie: nowy, pomysłowy beton bio-stopiony z mikroalgami kopalnymi, drukowany w technologii 3D, spełniający wymagania konstrukcyjne i wychwytujący więcej dwutlenku węgla (CO₂) niż emituje jego produkcja.
Beton ten, zainspirowany skamieniałą architekturą mikroskopijnych glonów, jest lekki, solidny strukturalnie i zużywa mniej cementu bez uszczerbku dla parametrów wytrzymałości na ściskanie, zgodnie z badaniami opublikowanymi w czasopiśmie Advanced Functional Materials.
Wykonany z mikroskopijnych skamieniałości glonów
Ten nowy beton jest „szczególnie obiecujący”, a jego „sekretna receptura” opiera się na ziemi okrzemkowej (DE), która jest naturalną substancją w proszku uzyskiwaną ze skamieniałości okrzemek, czyli starożytnych mikroglonów o twardej skorupie.
W zastosowaniach inżynierii materiałowej substancja ta jest lekka, ma dużą powierzchnię i korzystną porowatość, dzięki czemu doskonale nadaje się do pochłaniania dwutlenku węgla. „Zazwyczaj zwiększenie powierzchni lub porowatości powoduje utratę wytrzymałości” – zauważa badacz Shu Yang w komunikacie.
Kilka bloków betonu wydrukowanego w 3D. Uniwersytet Pensylwanii Omicrono
„Ale w tym przypadku było odwrotnie: struktura stała się bardziej wytrzymała z upływem czasu” – kontynuuje. W przeciwieństwie do tradycyjnych dodatków, ziemia okrzemkowa poprawia reologię betonu, czyli sposób, w jaki płynie i zachowuje się podczas procesu drukowania.
Dzięki temu można wytwarzać złożone konstrukcje bez uszczerbku dla wytrzymałości tego materiału, tworząc geometryczne kształty inspirowane wzorami występującymi w naturze, takie jak minimalne powierzchnie okresowe, które zwiększają powierzchnię wychwytywania dwutlenku węgla o ponad 500%.
Kolejną zaletą tego nowego betonu jest to, że dzięki zmniejszeniu ilości potrzebnego materiału nawet o 60% zmniejsza się zużycie cementu. Podczas testów zespół naukowców zauważył, że ich projekt osiągał „o 30% większą konwersję CO₂, gdy geometria była jeszcze bardziej udoskonalona”.
Co zaskakujące, osiągano to „przy zachowaniu wytrzymałości podobnej do tradycyjnego betonu”. Początkowo naukowcy opracowali „pastę cementową” na tyle płynną, że można ją było drukować w 3D.
Drukarka drukująca beton. Uniwersytet Pensylwanii Omicrono
W tym celu użyli mieszanki cementu portlandzkiego, drobnego piasku i dymu krzemionkowego. Następnie wykorzystali druk 3D do stworzenia struktur w kształcie kratownicy, inspirowanych dziełem natury w tworzeniu kości i muszli.
Kształty te zapewniają zarówno przestrzeń do wychwytywania dwutlenku węgla, jak i integralność strukturalną tradycyjnego betonu. Na koniec dodali warstwę wodorotlenku wapnia, aby wzmocnić właściwości wychwytywania CO₂.
Skalowalny i drukowalny
Po przeprowadzeniu badań naukowcom udało się opracować nowy skalowalny i drukowalny beton, który spełnia swoją funkcję konstrukcyjną, jednocześnie wychwytując dwutlenek węgla z atmosfery bez konieczności stosowania skomplikowanych procesów i ponoszenia wysokich kosztów.
„Nie chodziło tylko o estetykę czy zmniejszenie masy, ale o odkrycie nowej logiki konstrukcyjnej. Udało nam się zmniejszyć ilość materiału o prawie 60% i nadal wytrzymać obciążenie, co pokazuje, że można osiągnąć znacznie więcej przy znacznie mniejszych nakładach” – twierdzi współautor badania Masoud Akbarzadeh.
Profesor Masoud Akbarzadeh wraz z kilkoma blokami betonu. Uniwersytet Pensylwanii Omicrono
Obecnie naukowcy testują ten beton w elementach konstrukcyjnych w rzeczywistych warunkach, takich jak nawierzchnie, panele elewacyjne i elementy nośne, uzyskując obiecujące wyniki. Badają również zastosowanie ziemi diatomowej w połączeniu z innymi związkami.
To ostatnie pozwoli sprawdzić, czy diatomity mogą zaoferować coś więcej. „Chcemy pójść o krok dalej. A co, gdybyśmy mogli całkowicie wyeliminować cement? Albo wykorzystać strumienie odpadów jako składnik reaktywny?” – pyta Yang.
„W momencie, gdy przestaliśmy postrzegać beton jako coś statycznego, a zaczęliśmy postrzegać go jako coś dynamicznego, reagującego na otoczenie, otworzył się przed nami całkowicie nowy świat możliwości” – dodaje.
Oczywiste jest, że możliwość drukowania konstrukcji z wyraźnymi wspornikami, bez konieczności stosowania szalunków, otwiera szerokie możliwości na drodze do zrównoważonego projektowania architektonicznego.