Amerikāņu pētnieku izstrādātā formula izmanto izmirušus organismus un modernas tehnoloģijas, lai radītu vieglākas un izturīgākas konstrukcijas, vienlaikus palīdzot cīnīties pret klimata pārmaiņām jau no arhitektūras attīstības sākuma.
Saturs
Pensilvānijas Universitātes zinātnieku grupa ir panākusi ievērojamu progresu ilgtspējīgu būvmateriālu izstrādē, pateicoties inovatīvam betonam, kas absorbē par 142 % vairāk oglekļa dioksīda nekā parastie maisījumi.
Saskaņā ar paša universitātes 2024. gada decembrī iesniegto ziņojumu, šī piedāvājuma galvenais elements ir diatomīta iekļaušana un 3D drukas izmantošana, kas ļauj samazināt ieguldījumu apjomu un saglabāt struktūras integritāti. Šī ziņa, kas publicēta un paplašināta žurnālā Advanced Functional Materials , pozicionē šo jauno betonu kā alternatīvu, kas spēj samazināt nozares ietekmi uz vidi .
Saskaņā ar Pensilvānijas Universitātes datiem, betona ražošana rada gandrīz 9 % no pasaules siltumnīcefekta gāzu emisijām. Saskārusies ar šo situāciju, zinātniskā sabiedrība un projektētāji ir aktivizējuši meklējumus pēc tīrākiem un efektīvākiem risinājumiem, kurus varētu ieviest, nekaitējot funkcionalitātei vai ilgmūžībai.
Šis izstrādājums atbilst pieaugošajam pieprasījumam pēc videi draudzīgiem risinājumiem liela mēroga projektiem un piedāvā dabiskas sastāvdaļas un tehnoloģijas, kas maina tradicionālo skatījumu uz betonu.
Kāpēc betona oglekļa pēdas nobažījas nozari
Visā savā garajā vēsturē, kopš seniem laikiem , betons ir bijis pamats kultūras ēkām un civilizācijas būvēm . Tomēr tā plašā izmantošana ievērojami palielina globālās emisijas, uz ko universitāte ir vairākkārt norādījusi.
Tāpēc inženieri, arhitekti un zinātnieki nolēma koncentrēt savus pūliņus uz klasisko formulu pārskatīšanu, lai radītu maisījumus, kas nodrošina ilgtspēju, bet spēj aktīvi uztvert oglekli.
Jaunā izstrādājuma komanda apvienoja dažādu jomu speciālistus, lai radītu unikālu materiālu un procesu kombināciju. To galvenais mērķis bija izveidot betonu, kas saglabātu galvenās būvniecības īpašības un vienlaikus samazinātu ietekmi uz vidi, izmantojot oglekļa dioksīda uztveršanas un mineralizācijas metodes.
Diatomīts un ģeometriskas formas, iedvesmotas no dabas
Šīs inovācijas pamatā ir diatomīta izmantošana – porains materiāls, kas iegūts no izkaltušām mikroaļģēm un nodrošina izcilu tekstūru. Šis materiāls uzlabo stabilitāti drukāšanā un palielina CO2 reakcijas punktu skaitu. Pensilvānijas Universitātē paskaidroja, ka iegūtais mineralizētais maisījums prasa mazāk cementa, kas uzlabo gan ekoloģisko bilanci, gan jauno konstrukciju svara un izturības attiecību.
3D drukas izmantošana bija izšķiroša formulas uzlabošanā. Kun-Hao Yu , galvenais pētnieks Šu Jana grupā, pilnveidoja betona “tintes” sastāvu, koriģējot tādu parametru kā ūdens attiecība, sprauslas diametrs un uzklāšanas ātrums.
Pensilvānijas Universitātes paziņojumos Jui norādīja, ka betonam jāpāriet no šķidrā stāvokļa uz cietāku ļoti ātri, iegūstot galīgās īpašības drukāšanas laikā un pēc tās. Šie tehniskie labojumi bija izšķiroši, lai radītu funkcionālu materiālu ar augstu oglekļa absorbcijas līmeni.
Ievērības cienīga ir arī sasniegtā ģeometriskā pieeja. Masuda Akbarzade vadībā grupa pievērsās konstrukcijām, kas balstītas uz trīskāršām periodiskām minimālām virsmām (TPMS). Šīs ģeometrijas, kas sastopamas dabiskās sistēmās, piemēram, kaulos un koraļļos, ļauj maksimāli palielināt pieejamo virsmas laukumu, optimizēt slodzes sadalījumu un samazināt materiāla patēriņu.
Izmantojot daudzpusīgu grafisko statiku, Akbarzade paskaidroja, kā viņiem izdevās izveidot elementus, kas saglabā izturību pat samazinot materiāla patēriņu līdz 60 % . TPMS betona kubos veiktie testi parādīja, ka spiedes izturība palielinājās par 90 % salīdzinājumā ar tradicionālajiem risinājumiem, bet oglekļa dioksīda uztveršanas efektivitāte palielinājās par 32 % uz vienu cementa vienību .
Jaunās izturības zinātniskie pamati un tās ekoloģiskā pielietojamība
Šu Jans, materiālzinātnes un inženierijas profesors, uzsvēra, ka betona izturība palielinās, absorbējot CO2. Šis novērojums liek apšaubīt tradicionālos modeļus, saskaņā ar kuriem porainības palielināšanās parasti samazina materiāla izturību . Pensilvānijas Universitātes izstrādātā materiāla gadījumā porainība nodrošina tehniskas priekšrocības , veicinot oglekļa dioksīda difūziju un kalcija karbonāta veidošanos, kas nostiprina struktūru.
Komanda arī uzsvēra reoloģisko vērtību — zinātnes nozari, kas pēta daļiņu plūsmu un mijiedarbību — un diatomīta ieguldījumu betona sacietēšanas uzlabošanā. Jui paskaidroja, ka, neskatoties uz grūtībām, kas saistītas ar 3D printeru un augsti porainu maisījumu izmantošanu, materiāls pēc CO2 saistīšanās kļuva izturīgāks, kas pārsteidza projekta atbildīgos.
Pielietojuma iespējas ir plašas . Šis betons tika izstrādāts arhitektūras elementiem, piemēram, plātnēm, fasādēm un nesošajām paneļiem, bet tā augstā porainība un saderība ar jūras ekosistēmām ļauj to izmantot mākslīgajos rifos , austeru sēkļos vai ekoloģiskās atjaunošanas sistēmās .
Profesors Jans paskaidroja, ka plašā virsma stimulē jūras organismu augšanu, padarot betonu par aktīvu dalībnieku ūdens kvalitātes uzlabošanā un oglekļa dioksīda uztveršanā.
Nākotnes prognozes un ilgtspējīgas arhitektūras perspektīvas
Nākamajos gados Pensilvānijas universitāte turpinās darbu pie makrostruktūru paplašināšanas, izmantojot inovatīvus armatūras materiālus, optimizējot ģeometriju un eksperimentējot ar citiem, mazāk vidi piesārņojošiem saistvielām. Pētījumi ietver iespēju atteikties no tradicionālā cementa vai iekļaut to rūpniecisko atkritumu sastāvā.
“Mēs vēlamies iet vēl tālāk: vai ir iespējams izstrādāt pilnīgi bezcementa maisījumus vai pārvērst rūpnieciskos atkritumus aktīvos komponentos?” — paskaidroja Šu Jans. Galvenais mērķis ir mainīt tradicionālo priekšstatu par šo materiālu, uzlabot tā mijiedarbību ar vidi un daudzkārt palielināt tā ieguldījumu oglekļa emisiju samazināšanā būvniecībā.
Projekts, ko atbalsta ASV Enerģētikas ministrija un Vāgelosa Enerģētikas zinātnes un tehnoloģiju institūts, atspoguļo starpdisciplinārās sadarbības spēku klimata pārmaiņu problēmu risināšanā, izmantojot konkrētus tehnoloģiskus risinājumus.
