《Nature》子刊：如何在建筑領域應用3D打印，以達到緩解氣候的作用？

導讀：混凝土和水泥等產(chǎn)品是世界上使用最多的資源之一，在消耗方面僅次于水。在未來的幾十年里，由于全球人口增加和城市化，對水泥基材料和新建筑的需求將繼續(xù)增加。目前，水泥的生產(chǎn)約占全球二氧化碳排放量的8%。水泥生產(chǎn)和建筑使用分別占水泥和混凝土從生產(chǎn)到報廢的整個生命周期排放量的77%和8%。在水泥生產(chǎn)中，超過50%的二氧化碳排放是由煅燒引起的化學過程造成的。由于這些固有的材料制造過程和不斷增長的全球需求，水泥被廣泛認為是全球氣候減緩中的一個 "難以減弱 "的問題。水泥的低碳技術可以通過以水泥生產(chǎn)過程為中心的政策和以消費者為中心的政策來實現(xiàn)。然而，目前提出的所有解決方案都沒有達到通過擴大3D打印在建筑領域的應用所能實現(xiàn)的系統(tǒng)性變化。




2023年2月，南極熊獲悉，來自美國華盛頓特區(qū)喬治敦大學的研究者們在《Nature》旗下首本專注在工程學科各個領域的期刊《Communications Engineering》上發(fā)表了一篇評論性文章《3D printing has untapped potential for climate mitigation in the cement sector》(《3D打印在水泥行業(yè)緩解氣候方面具有未開發(fā)的潛力》）。研究者們認為基于水泥的建筑3D打?。–3DP）有可能通過促進水泥脫碳而成為一個氣候解決方案，據(jù)此提出了五項政策行動，可以引導C3DP成為一個減排工具。

在本研究中，研究人員建議優(yōu)化現(xiàn)有的和新出現(xiàn)的制造策略，以實現(xiàn)促進C3DP的氣候政策目標。研究和開發(fā)資金應繼續(xù)用于研究C3DP，以提高機械強度。作者提出的五項政策如下：

1. 研究與開發(fā)：
●繼續(xù)資助與材料成分和打印協(xié)議有關的研究，以改善3D打印結(jié)構(gòu)的強度、耐久性和長期性能。
●增加對低碳3D打印水泥混合物開發(fā)的資助。
●資助提高結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化知識的研究，以減少C3DP的材料使用和浪費。

2. 信息傳播與勞動力發(fā)展：
●為工業(yè)界和學術界建立開源數(shù)據(jù)庫，以分享可靠的材料制造和打印協(xié)議的數(shù)據(jù)。
●鼓勵報告和分享關于LCA研究、溫室氣體和其他環(huán)境指標的數(shù)據(jù)。
●委托具有長期性能測試計劃的示范項目，以增加對C3DP的信任和在建筑項目中的應用。
●在示范項目中進行環(huán)境評估和LCA研究，以測試和明確C3DP與傳統(tǒng)建筑相比的環(huán)境影響。
● 鼓勵建筑公司進行溫室氣體盤查，并在開放源碼庫中分享數(shù)據(jù)。
●建立培訓計劃，培養(yǎng)具有C3DP材料和工藝知識的熟練工人。
●在培訓計劃中加入關于可持續(xù)性和C3DP環(huán)境影響的課程，以提高勞動力的技能。

3. 標準和規(guī)范 ：
●制定制造標準以確保3D打印膠凝材料的強度和耐久性。
●在含有礦渣、粉煤灰、粘土和土工聚合物等材料的低碳3D打印膠凝混合物的標準中納入指導方針。
●考慮為這些材料設計排放產(chǎn)品標準。更新建筑法規(guī)，以包括安全、可復制和低成本的3D打印協(xié)議。
●將設計優(yōu)化納入建筑法規(guī)，以鼓勵提高材料使用效率和減少浪費。
●將可打印的膠凝材料和打印過程的溫室氣體清單納入建筑法規(guī)。

4.公共采購和伙伴關系：
●采用C3DP的公共資助的建筑項目應該由政府委托，以增加對該技術的需求和認識。
●這些項目應該制定公共采購政策，優(yōu)先考慮低碳的3D打印水泥基混合物和設計優(yōu)化，以加強脫碳工作。
●可以建立公私可持續(xù)發(fā)展伙伴關系，以提高C3DP的使用率，并鼓勵采用C3DP的建筑公司進行環(huán)境評估，分享生命周期清單和溫室氣體排放數(shù)據(jù)。

5.財政和結(jié)構(gòu)性激勵措施：
●激勵水泥生產(chǎn)商增加3D打印水泥混合物的生產(chǎn)，應包括額外的貸款和補助，以鼓勵生產(chǎn)低碳產(chǎn)品。
●對建筑公司提供的增加C3DP的激勵措施應該有規(guī)定，對具有C3DP可持續(xù)發(fā)展目標（如減少材料使用和浪費）的公司給予額外的回扣、稅收減免和加快建筑許可。

研究者認為盡早采取行動或頒布此類政策，不僅對全球碳排放會產(chǎn)生積極作用，而且對提高國家競爭力、發(fā)展建筑業(yè)以及擴大建筑環(huán)境都會產(chǎn)生巨大的影響。

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2023-2-5 22:26 上傳

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