俄勒岡州立大學(xué)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(xué)和桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室提供一份為期三年、價值540,000 美元的項(xiàng)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(lǐng)域是作為工業(yè)廢物被排放到空氣中的。

研究人員的目標(biāo)是推動建筑行業(yè)這一重要經(jīng)濟(jì)命脈實(shí)現(xiàn)綠色化，此前這是污染最嚴(yán)重的行業(yè)之一。這些研究將由俄勒岡州立大學(xué)工程學(xué)院土木工程助理教授 Pavan Akula 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊實(shí)施，該團(tuán)隊由來自桑迪亞、印度科學(xué)研究所、印度理工學(xué)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(hù)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(xiàng)目。然而，根據(jù)發(fā)起這項(xiàng)研究的研究人員的說法，實(shí)際上問題的關(guān)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(shù)在建筑施工中越來越受歡迎，因?yàn)樗�是一種更可持續(xù)的替代方案——它減少了浪費(fèi)和運(yùn)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�！�。

△圖片來源：俄勒岡州立大學(xué)

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(dá) 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(xué)性質(zhì)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(xiàng)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(xiàng)目旨在開發(fā)能夠顯著減少 3D 打印材料碳足跡的技術(shù)和材料�！�

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

這個問題尤為重要，因?yàn)榛炷�土的需求預(yù)計將繼續(xù)增長，全球城市化趨勢也是如此。因此，新技術(shù)的使用對于解決當(dāng)前的問題至關(guān)重要，就像未來需要新材料和新方法來應(yīng)對不斷變化的世界一樣。這些新的解決方案可能使實(shí)現(xiàn)《巴黎條約》中規(guī)定的目標(biāo)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?yàn)檫@將大大降低氣候變化的風(fēng)險和影響。

這并不是唯一一個為實(shí)現(xiàn)生態(tài)化目標(biāo)而開展的項(xiàng)目，關(guān)于增材制造的可持續(xù)性問題以及通過使用3D 技術(shù)保護(hù)環(huán)境的創(chuàng)新項(xiàng)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(xiàng)目 ConstructAdd，該項(xiàng)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。