俄勒岡州立大學開發(fā)新型綠色建筑 3D 打印材料，能夠捕獲二氧化碳

2023年3月9日，南極熊獲悉，美國能源部決定為俄勒岡州立大學和桑迪亞國家實驗室提供一份為期三年、價值540,000 美元的項目資金，用于探索一種能夠以礦化形式將二氧化碳捕獲到 3D 打印建筑材料中的方法。此前，二氧化碳在建筑領域是作為工業(yè)廢物被排放到空氣中的。

研究人員的目標是推動建筑行業(yè)這一重要經(jīng)濟命脈實現(xiàn)綠色化，此前這是污染最嚴重的行業(yè)之一。這些研究將由俄勒岡州立大學工程學院土木工程助理教授 Pavan Akula 領導的團隊實施，該團隊由來自桑迪亞、印度科學研究所、印度理工學院 Roorkee 和兩個工業(yè)合作商的研究人員組成，他們分別是Graymont 和 Verdant Building Alternatives。

近年來，全球變暖問題不斷加劇，采取措施減緩全球變暖和保護環(huán)境的必要性也在在隨之增加。僅建筑業(yè)就產(chǎn)生了全球 13% 的二氧化碳排放量。3D 打印被視為該問題的可能解決方案，多年來我們已經(jīng)看到了許多使用混凝土的 3D 打印項目。然而，根據(jù)發(fā)起這項研究的研究人員的說法，實際上問題的關鍵可能在于所使用的材料。Pavan Akula 教授評論道：“近年來，混凝土 3D 打印技術在建筑施工中越來越受歡迎，因為它是一種更可持續(xù)的替代方案——它減少了浪費和運輸成本。然而，大多數(shù)混凝土的 3D 打印仍然僅依賴于真正高碳的傳統(tǒng)材料�！薄�

△圖片來源：俄勒岡州立大學

或者更具體地說，他指的是 1800 年代初在英國開發(fā)的波特蘭水泥。目前，它是混凝土中最常用的一類粘合型水泥。它通常是通過在工業(yè)窯爐中以高達 2,820 華氏度的溫度開采、研磨和加熱粘土和石灰石而生產(chǎn)的。該過程改變了材料的化學性質并產(chǎn)生了水泥的主要成分“熟料”。然而，這個過程也會產(chǎn)生大量的二氧化碳。這是研究人員希望解決的問題。

新的 3D 打印材料可以帶來更可持續(xù)的建筑

那么3D打印如何介入解決這個問題呢？該項目旨在捕獲石灰和水泥行業(yè)排放的二氧化碳，并開發(fā)可持續(xù)的粘合劑，以儲存和礦化印刷建筑部件（如墻壁）中捕獲的二氧化碳。Akula 說：“我們的項目旨在開發(fā)能夠顯著減少 3D 打印材料碳足跡的技術和材料。”

△盡管硅酸鹽水泥會釋放二氧化碳，但它仍被廣泛應用于建筑業(yè)2（圖片來源：KVDP，公共領域，來自Wikimedia Commons）

這個問題尤為重要，因為混凝土的需求預計將繼續(xù)增長，全球城市化趨勢也是如此。因此，新技術的使用對于解決當前的問題至關重要，就像未來需要新材料和新方法來應對不斷變化的世界一樣。這些新的解決方案可能使實現(xiàn)《巴黎條約》中規(guī)定的目標成為可能。聯(lián)合國氣候變化框架公約成員國于 2015 年簽署的國際條約要求將全球平均氣溫的升幅控制在比工業(yè)化前水平高出 2°C 的門檻以下，并將這一升幅限制在 1.5 °C，因為這將大大降低氣候變化的風險和影響。

這并不是唯一一個為實現(xiàn)生態(tài)化目標而開展的項目，關于增材制造的可持續(xù)性問題以及通過使用3D 技術保護環(huán)境的創(chuàng)新項目已經(jīng)被多次討論。例如，在建筑中，我們已經(jīng)看到粘土或生物來源的材料被用作提供更可持續(xù)的住房的一種方式。此外，我們還看到了最近的舉措，例如歐洲項目 ConstructAdd，該項目研究了在建筑和汽車行業(yè)采用金屬作為 3D 打印材料的好處。