Naukowcy opracowali nową metodę drukowania betonu 3D, która wychwytuje węgiel, zwiększając wytrzymałość materiału i jego zrównoważony rozwój.
Ta innowacja znacznie zmniejsza emisję dwutlenku węgla w sektorze budowlanym poprzez włączenie CO2 bezpośrednio w beton, obiecując bardziej ekologiczną przyszłość technologii budowlanych.
Innowacyjny druk betonu 3D
Naukowcy z Nanyang Technological University w Singapurze (NTU Singapore) opracowali metodę druku 3D betonu, która wychwytuje węgiel, oferując nowy sposób ograniczenia wpływu branży budowlanej na środowisko.
Szczegóły w dzienniku Nauka i technologia wychwytywania dwutlenku węglatechnika ta ma na celu zmniejszenie znacznego śladu węglowego cementu. Produkcja cementu wytwarza około 1,6 miliarda ton metrycznych dwutlenku węgla (CO2) rocznie — około ośmiu procent światowego CO2 emisje. Nowa metoda ma na celu obniżenie emisji poprzez zmniejszenie zużycia materiałów, przyspieszenie budowy i zmniejszenie zapotrzebowania na siłę roboczą.
Wzmocnienie betonu za pomocą wychwytywania węgla
Proces polega na wtryskiwaniu pary i CO2 — wychwycone jako produkty uboczne procesów przemysłowych — do mieszanki betonowej podczas drukowania. Dzięki temu beton może wychwytywać i magazynować CO2 w swojej strukturze.
Testy wykazały, że metoda ta nie tylko magazynuje węgiel, ale także wzmacnia beton. Wydrukowany materiał wykazał większą wytrzymałość mechaniczną w porównaniu do konwencjonalnego betonu drukowanego w 3D.
Postęp w technologii druku na betonie
Główny badacz badania, profesor Tan Ming Jen ze Szkoły Inżynierii Mechanicznej i Lotniczej NTU (MAE) oraz Singapurskiego Centrum Druku 3D (SC3DP) NTU, powiedział: „Sektor budownictwa i konstrukcji powoduje znaczną część globalnych emisji gazów cieplarnianych . Nasz nowo opracowany system drukowania betonu 3D stanowi alternatywę ograniczającą emisję dwutlenku węgla, nie tylko poprawiając właściwości mechaniczne betonu, ale także przyczyniając się do zmniejszenia wpływu sektora na środowisko. Pokazuje możliwość wykorzystania CO2 produkowane przez elektrownie lub inne gałęzie przemysłu do drukowania betonu 3D. Ponieważ tradycyjny cement emituje dużo węgla, nasza metoda umożliwia wytrącenie CO2 poprzez druk betonu 3D.”
Zespół badawczy jest przekonany, że ich innowacja stanowi obiecujący wkład w osiągnięcie globalnych celów zrównoważonego rozwoju i zmniejszenie zależności branży od konwencjonalnych, energochłonnych procesów, takich jak konstrukcje żelbetowe.
Nowe rozwiązanie opiera się na wcześniejszym druku 3D do badań budowlanych prowadzonym przez profesora Tana i jego zespół w SC3DP NTU, a także międzynarodowych współpracowników.
Postęp w drukowaniu i wytrzymałości materiału
Aby opracować system drukowania 3D betonu, zespół badawczy podłączył drukarkę 3D do CO2 pompy i dysza rozpylająca parę.
Po włączeniu system pompuje CO2 i parę do mieszanki betonowej podczas drukowania struktury. WSPÓŁ2 reaguje ze składnikami betonu, zamieniając się w stałą formę, która pozostaje zamknięta w materiale (sekwestrowana i przechowywana). Jednocześnie para poprawia absorpcję CO2 w strukturę wydrukowaną w 3D, poprawiając jej właściwości.
Wyniki laboratoryjne wykazują znaczną poprawę
W testach laboratoryjnych naukowcy odkryli, że drukowana struktura betonu poprawiła się o 50% pod względem drukowalności, co oznacza, że można ją kształtować i drukować wydajniej.
Konstrukcja wykazywała także większą wytrzymałość i trwałość. Wydrukowany beton był do 36,8% silniejszy pod względem ściskania (jak duży ciężar może wytrzymać) i do 45,3% silniejszy przy zginaniu (jak bardzo może zgiąć się przed pęknięciem) w porównaniu ze zwykłym betonem wydrukowanym w 3D.
Warto zauważyć, że metoda ta jest również bardziej ekologiczna, pochłania i wychwytuje o 38 procent więcej dwutlenku węgla w porównaniu z tradycyjnymi metodami druku 3D.
Bardziej ekologiczna i silniejsza przyszłość budownictwa
Pierwszy autor Lim Sean Gip, doktorant w NTU School of MAE, powiedział: „Znajdujemy się w krytycznym momencie, w którym świat przyspiesza wysiłki na rzecz osiągnięcia celów związanych ze zmianami klimatycznymi. Wierzymy, że nasza technologia może przyczynić się do uczynienia branży budowlanej bardziej zrównoważoną”.
Współautor, dr Daniel Tay, pracownik naukowy z NTU School of MAE, powiedział: „Zaproponowany przez nas system pokazuje, jak wychwytywanie dwutlenku węgla i wykorzystanie go w druku 3D betonu może prowadzić do powstania silniejszych, bardziej przyjaznych dla środowiska budynków i rozwoju technologii budowlanej. ”
NTU i współpracownicy złożyli wniosek patentowy w USA na innowację. W przyszłych badaniach naukowcy planują zoptymalizować proces drukowania 3D, aby uczynić go jeszcze bardziej wydajnym i potencjalnie wykorzystywać gazy odlotowe zamiast czystego dwutlenku węgla.
Odniesienie: „Wychwytywanie i sekwestracja dwutlenku węgla za pomocą zintegrowanego druku 3D betonu na miejscu z CO2 i parą”: Sean Gip Lim, Yi Wei Daniel Tay, Suvash Chandra Paul, Junghyun Lee, Issam T. Amr, Bandar A. Fadhel, Aqil Jamal, Ahmad O. Al-Khowaiter i Ming Jen Tan, 26 września 2024 r., Nauka i technologia wychwytywania dwutlenku węgla.
DOI: 10.1016/j.ccst.2024.100306
