Ovaj biobeton zadržava do 142% više ugljen-dioksida i izuzetno je jak
Pokazavši da je moguće postići mnogo više sa mnogo manje, američki naučnici razvili su 3D štampani beton koji koristi „tajni sastojak“ za poboljšanje čvrstoće i hvatanje ugljenika.
Koristeći složenu geometriju pronađenu u prirodi i unapređenu kroz dizajn u aeronautici i biomedicini, tim naučnika za materijale, dizajnera i inženjera sa Univerziteta u Pensilvaniji sproveo je 3D štampu tih oblika u betonu kako bi povećali njegovu čvrstoću i sposobnost upijanja ugljen-dioksida, stvarajući građevinski materijal koji može da koristi i ljudima i planeti.
Članovi tima sarađivali su na jedinstvenom materijalu obogaćenom biomineralima, a inspirisanom fosilizovanom arhitekturom mikroskopskih algi, čime je stvoren potpuno nov tip betona. Lagan je, strukturno čvrst i može da zarobi do 142% više CO2 od tradicionalnih materijala. Takođe, koristi manje cementa bez ugrožavanja bilo kojih pokazatelja čvrstoće na pritisak.
Pročitajte još na Gradnja.rs:
Tajni sastojak
Može se reći da se ovaj materijal izdvaja i da je njegov „tajni sastojak“ dijatomejska zemlja (DE), odnosno prirodna praškasta supstanca nastala od fosilizovanih ostataka dijatomeja, malih, čvrstih algi. DE je lagan, ima veliku površinu i poroznost pogodnu za apsorpciju CO₂.
„Obično, kada povećate površinu ili poroznost, materijal gubi na čvrstoći. Ali ovde se dogodilo suprotno – struktura je postajala jača tokom vremena”, objasnila je profesorka Šu Jang, šefica Katedre za nauku o materijalima na Univerziteta u Pensilvaniji.
Tim sa popularnog „UPenna“ je otkrio da njihova eksperimentalna geometrija omogućava čak 30% veću konverziju CO₂, uz zadržavanje snage slične tradicionalnom betonu.
Proces razvijanja materijala
Istraživači su u svom procesu prvo razvili „cementnu pastu“ dovoljno tečnu da može da se koristi za 3D štampanje. Sastojala se od portland cementa, finog peska i silicijumskih čestica. Dodali su i superplastifikator kako bi smanjili količinu vode, a da materijal ostane pogodan za štampu.
„Beton nije kao konvencionalni materijali za štampu. Mora glatko da teče pod pritiskom, brzo da se stabilizuje nakon istiskivanja i da postepeno jača kako se stvrdnjava“, rekao je Kun-Hao Ju, bivši postdoktorand sa UPenna.
3D štampane rešetkaste strukture, poznate kao trostruko periodične minimalne površine, inspirisane su prirodnim oblicima kostiju i školjki.
Zatim su pomoću robota 3D štampom stvorili rešetkaste strukture, poznate kao trostruko periodične minimalne površine (TPMS), inspirisane prirodnim oblicima kostiju i školjki. Ove forme omogućavaju i prostor za hvatanje ugljen-dioksida i potrebnu strukturnu stabilnost.
Nakon štampe, materijal je ostavljen da očvrsne, a zatim je dodat sloj kalcijum-hidroksida kako bi se poboljšala sposobnost upijanja CO₂.
Potpuno nova logika konstrukcije
Kao konačan rezultat dobijen je beton koji je skalabilan i koji ne samo da ispunjava strukturne zahteve, već i aktivno izvlači CO₂ iz atmosfere, bez skupih procesa.
„Ali nije bila reč samo o estetici ili smanjenju mase. Otključali smo potpuno novu logiku konstrukcije. Smanjili smo količinu materijala za skoro 60%, a i dalje nosimo isti teret, te smo tako pokazali da je moguće postići mnogo više sa mnogo manje“, rekao je koautor Masud Akbarzadeh.
Nadahnuti dijatomejama, naučnici sa UPenna možda su stvorili materijal koji bi mogao koristiti planeti gotovo kao i same dijatomeje.
Ono što posebno fascinira jeste to što ovaj beton koristi dijatomeje. Smatra se da postoji više od 100.000 vrsta dijatomeja, koje zajedno proizvode 20-30% kiseonika na Zemlji, što je više nego sve prašume zajedno. Ovo, naravno, ne umanjuje značaj prašuma.
Nadahnuti dijatomejama, naučnici sa UPenna možda su stvorili materijal koji bi mogao koristiti planeti gotovo kao i same dijatomeje. Tim je otkrio da složena unutrašnja mreža pora u DE omogućava CO₂ da prodre duboko u strukturu, dok proces očvršćavanja stvara kalcijum-karbonat, koji dodatno povećava čvrstoću i sposobnost upijanja CO₂.
Uprkos visokoj poroznosti koja obično smanjuje otpornost, materijal je postajao jači kako je upijao CO₂.
„Napravili smo mnogo testova. Najviše nas je iznenadilo to što je, uprkos visokoj poroznosti koja obično smanjuje otpornost, materijal postajao jači kako je upijao CO₂,“ dodao je Akbarzadeh, vanredni profesor arhitekture na Vajcman školi dizajna.
Nakon što su finalizovali dizajn, istraživači su ga „isparčali“ za štampanje sloj po sloj. Komponente su testirane u poređenju sa standardnim betonom i pokazale su 68% manju upotrebu materijala uz više od 500% veću površinu u odnosu na zapreminu.
TPMS ploča imala je 90% čvrstoće tradicionalnog betona, ali 32% veće upijanje CO₂ po jedinici mase. Dakle, TPMS kocka, u poređenju sa punom kockom klasičnog betona, mogla je da apsorbuje 146% više CO₂, ili 32% više CO₂ po gramu cementa.
Sada tim planira da ovaj novi materijal koristi za podove, fasade i noseće panele. Takođe istražuju mogućnost kombinovanja DE sa drugim jedinjenjima kako bi dodatno iskoristili potencijal dijatomeja.
