《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，水泥的生產約占全球二氧化碳排放量的8%。水泥生產和建筑使用分別占水泥和混凝土從生產到報廢的整個生命周期排放量的77%和8%。在水泥生產中，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打印結構的強度、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。
●資助提高結構設計優(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)據庫，以分享可靠的材料制造和打印協(xié)議的數(shù)據。
●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。
●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。
●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。

5.財政和結構性激勵措施：
●激勵水泥生產商增加3D打印水泥混合物的生產，應包括額外的貸款和補助，以鼓勵生產低碳產品。
●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)境都會產生巨大的影響。

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2023-2-5 22:26 上傳

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