Latvijai vitāli svarīgā būvniecības nozare pastāvīgi meklē jaunus materiālus, kas pārveidos šo nozari. Pateicoties tehnoloģiskajam progresam, jau ir izstrādātas alternatīvas: no cukurniedru atkritumu ķieģeļiem līdz betonam no cilvēka urīna.
Saturs
Tiem pievienojies betons, ko izstrādājusi pētnieku grupa no Pensilvānijas Universitātes Filadelfijā (ASV), kas mainīs būvniecību, ir izgatavots ar 3D drukas palīdzību, uzsūc par 142 % vairāk oglekļa nekā tradicionālie materiāli un izceļas ar izcilu izturību .
Betons joprojām ir visplašāk izmantotais būvmateriāls pasaulē, bet tam ir būtiska problēma: tas ievērojami ietekmē vidi : aptuveni 9 % no pasaules siltumnīcefekta gāzu emisijām ir tieši vai netieši saistītas ar tā ražošanu.
Lai mēģinātu cīnīties pret to, starpdisciplinārā pētnieku grupa ir ierosinājusi iespējamo risinājumu: jauns un oriģināls bioloģisks betons ar fosilajām mikroaļģēm, kas tiek drukāts ar 3D printeri, atbilst strukturālajām prasībām un uzsūc vairāk oglekļa dioksīda (CO₂), nekā tiek izdalīts tā ražošanas procesā .
Saskaņā ar pētījumu, kas publicēts žurnālā Advanced Functional Materials, betons, kas izgatavots pēc mikroskopisku aļģu fosilā arhitektūras parauga, izceļas ar vieglumu, konstrukcijas izturību un prasa mazāk cementa, neietekmējot tā spiedes izturību.
Izgatavots no fosilām mikroaļģēm
Šis jaunais betons ir “īpaši daudzsološs”, un tā “slepenā recepte” ir balstīta uz diatomīta zemi (DZ) — dabisku pulverveida vielu, kas iegūta no fosilizētiem diatomītu aļģu paliekām — senām cietā apvalka mikroaļģēm .
Izmantojot materiālzinātnē, šī viela izceļas ar vieglumu, lielu virsmas laukumu un labvēlīgu porainību, kas to padara ideālu oglekļa dioksīda absorbcijai . “Parasti virsmas laukuma vai porainības palielināšanās izraisa izturības zudumu,” norāda pētnieks Šu Jans savā paziņojumā.
“Bet šajā gadījumā viss bija pretēji: struktūra laika gaitā kļuva izturīgāka,” viņš turpina. Atšķirībā no tradicionālajām piedevām, diatomīts uzlabo betona reoloģiju — tā plūstamību un uzvedību drukāšanas procesā.
Tādējādi var izgatavot sarežģītas konstrukcijas, neietekmējot materiāla izturību, kas ļauj radīt ģeometriskas formas, iedvesmojoties no dabas rakstiem, piemēram, periodiskas minimālas virsmas, kas palielina oglekļa uztveršanas virsmas laukumu par vairāk nekā 500 %.
Vēl viena jaunā betona priekšrocība ir tā, ka, samazinot materiāla patēriņu līdz 60 %, tas samazina arī cementa patēriņu . Testu laikā pētnieku grupa atklāja, ka viņu konstrukcija nodrošina „par 30 % lielāku CO₂ pārvēršanu, turklāt uzlabojot ģeometriju”.
Pārsteidzoši, ka tajā pašā laikā tas “saglabāja izturību, kas salīdzināma ar tradicionālā betona izturību”. Sākotnēji pētnieki izstrādāja “cementa pastu”, kas bija pietiekami šķidra 3D drukai.
Tam viņi izmantoja portlandcementa, smalkas smiltis un mikrokremozīta maisījumu. Pēc tam, izmantojot 3D drukāšanu, viņi izveidoja režģveida struktūras, iedvesmojoties no dabas kaulu un čaulu veidošanās.
Formas, kas nodrošina gan telpu oglekļa uztveršanai, gan tradicionālā betona strukturālo integritāti. Visbeidzot, viņi pievienoja kalcija hidroksīda slāni, lai uzlabotu tā spēju uztvert CO₂.
Mērogojamība un iespēja drukāt
Pēc pētījuma veikšanas zinātniekiem izdevās izstrādāt jaunu, mērogojamu un drukai piemērotu betonu, kas pilda savu strukturālo funkciju un vienlaikus izvada oglekli no atmosfēras, neizmantojot sarežģītus vai dārgus procesus.
“Runa bija ne tikai par estētiku vai masas samazināšanu, bet arī par jaunas strukturālās loģikas atklāšanu. Mums izdevās samazināt materiāla patēriņu gandrīz par 60 % un vienlaikus saglabāt spēju izturēt slodzi, pierādot, ka ar daudz mazākiem izdevumiem var sasniegt daudz vairāk,” saka līdzautors Masuds Akbarzade.
Pašlaik pētnieki testē šo betonu uz pilna izmēra būvkonstrukcijām, piemēram, ietvēm, fasāžu paneļiem un nesošajām konstrukcijām, un iegūst daudzsološus rezultātus. Viņi arī pēta iespēju izmantot diatomītu kopā ar citiem savienojumiem.
Pēdējais ļaus pārbaudīt, vai diatomītu aļģes spēj piedāvāt vairāk . „Mēs vēlamies attīstīt šo ideju. Kas būtu, ja mēs varētu pilnībā atteikties no cementa? Vai izmantot atkritumus kā reaģējošu komponentu?” saka Jans.
„Brīdī, kad mēs pārstājām domāt par betonu kā par kaut ko statisku un sākām uzskatīt to par kaut ko dinamisku, kas reaģē uz apkārtējo vidi, mums atvēra pilnīgi jauna iespēju pasaule,” piebilst viņš.
Ir skaidrs, ka iespēja drukāt konstrukcijas ar izteiktiem izvirzījumiem bez nepieciešamības izmantot veidņus paver plašas iespējas ceļā uz ilgtspējīgu arhitektūras projektēšanu.
