Ученые превратили углекислый газ в сверхпрочный 3D-печатный бетон

Исследователи из Наньянского технологического университета Сингапура (NTU Singapore) разработали новый метод 3D-печати бетона, который захватывает углерод, повышая прочность и устойчивость материала. Эта инновация значительно сокращает выбросы углекислого газа в строительном секторе за счет включения CO2 непосредственно в бетон, что обещает более экологичное будущее для строительных технологий.

Технология направлена на борьбу со значительным углеродным следом цемента. На производство этого материала приходится около 1,6 млрд метрических тонн углекислого газа в год — около 8% мировых выбросов CO2. Новый метод направлен на снижение выбросов за счет уменьшения расхода материалов, ускорения строительства и сокращения трудозатрат. В процессе 3D-печати в бетонную смесь впрыскивается пар и CO2 — побочные продукты промышленных процессов. Это позволяет бетону улавливать и накапливать CO2 в своей структуре.

Испытания показали, что этот метод не только сохраняет углерод, но и укрепляет сам бетон. Напечатанный материал продемонстрировал большую механическую прочность по сравнению с обычным 3D-бетоном.

Строительный сектор является причиной значительной доли глобальных выбросов парниковых газов, отметил главный исследователь,профессор Тан Минг Джен из Школы механической и аэрокосмической инженерии NTU (MAE) и Сингапурского центра 3D-печати NTU (SC3DP). По его словам, система 3D-печати бетона предлагает альтернативу по сокращению выбросов углерода, не только улучшая механические свойства материала, но и способствуя снижению воздействия сектора на окружающую среду.

«Поскольку традиционный цемент выделяет много углерода, наш метод предлагает способ вернуть CO2 в оборот с помощью 3D-печати бетона», — говорит Джен. Исследовательская группа считает, что их инновация — многообещающий вклад в достижение глобальных целей устойчивого развития и снижение зависимости промышленности от традиционных энергоемких процессов, таких как строительство из железобетона.

Новая разработка основана на предыдущих исследованиях в области использования 3D-печати для строительства, проведенных профессором Таном и его командой в NTU, а также их международными партнерами. Чтобы разработать систему 3D-печати бетона, команда исследователей подключила принтер к насосам CO2 и струе, распыляющей пар.

При активации система подает CO2 и пар в бетонную смесь по мере печати конструкции. Углекислый газ вступает в реакцию с компонентами бетона, превращаясь в твердую форму, которая остается внутри материала (секвестируется и хранится). В то же время пар улучшает поглощение CO2 в 3D-печатной структуре, улучшая ее свойства.

В ходе лабораторных испытаний исследователи обнаружили, что напечатанная бетонная структура на 50% улучшила свои свойства — это означает, что она может быть сформирована и напечатана более эффективно.

Также полученный материал продемонстрировал лучшую прочность и долговечность. Напечатанный бетон был на 36,8% прочнее на сжатие (мера того, какой вес он может выдержать) и на 45,3% прочнее на изгиб (мера того, насколько он может прогнуться, прежде чем сломаться) по сравнению с обычным 3D-бетоном. Примечательно, что этот метод изготовления также более экологичен: он поглощает и задерживает на 38% больше углекислого газа по сравнению с традиционными методами 3D-печати.

«Мы находимся в критическом моменте времени, когда мир ускоряет усилия по достижению целей, связанных с изменением климата. Мы считаем, что наша технология может способствовать повышению устойчивости строительной отрасли», — сказал первый автор Лим Шон Гип, кандидат наук из Школы магистратуры NTU.

Соавтор исследования, доктор Дэниел Тэй, отметил, что предложенная система показывает, как улавливание углекислого газа и его использование в 3D-печати бетона может привести к созданию более прочных и экологичных зданий — что в свою очередь будет способствовать развитию строительных технологий.

Исследователи из NTU и их соавторы подали заявку, чтобы запатентовать инновацию. В дальнейших исследованиях ученые планируют оптимизировать процесс 3D-печати, чтобы сделать его еще более эффективным и, возможно, использовать отработанные газы вместо чистого углекислого газа.

Недавно ученые Омского государственного технического университета (ОмГТУ) ранее разработали светящуюся в темноте высокопрочную брусчатку для тротуаров, пешеходных дорожек, скверов и садово-парковых зон. Созданный композитный материал способен выдерживать высокие нагрузки от движения пешеходов, причем во всех климатических зонах.