3D εκτυπωμένο τσιμέντο, ενισχυμένο με γραφίτη μειώνει κατά 31% τις εκπομπές άνθρακα

Ένα καινοτόμο υλικό από σκυρόδεμα για την κατασκευή βιώσιμων κτιρίων, ανέπτυξαν ερευνητές του Πανεπιστημίου της Βιρτζίνια. Το νέο τρισδιάστατα εκτυπωμένο υλικό είναι ενισχυμένο με γραφένιο και συνδυάζει την ανθεκτικότητα με πιο «πράσινα» χαρακτηριστικά.

Ο νέος τύπος σκυροδέματος εκτυπώνεται πιο εύκολα, ενώ αποτελείται από ασβεστόλιθο, πυρωμένο αργιλικό τσιμέντο (LC2) και γραφένιο.

Σύμφωνα με τους ερευνητές στόχος ήταν ο σχεδιασμός ενός εκτυπώσιμου σκυροδέματος με καλύτερες επιδόσεις και πιο βιώσιμο. Όπως ανέφερε σύμφωνα με το interestingengineering.com ο Osman Ozbulut, καθηγητής στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος της UVA «η προσθήκη γραφενίου στο τσιμέντο LC2 προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία για τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, διατηρώντας παράλληλα την αντοχή και την ευελιξία που απαιτούνται για τρισδιάστατα εκτυπωμένες κατασκευές».

Η προσθήκη του γραφενίου στο μίγμα σκυροδέματος προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα, καθώς πρόκειται για ένα ισχυρό, εύκαμπτο υλικό που μπορεί να βελτιώσει την αντοχή και την ανθεκτικότητα του τσιμέντου.

Κάνει επίσης το σκυρόδεμα πιο ανθεκτικό στις ρωγμές και σε άλλες μορφές ζημιών. Επιπλέον, το γραφένιο μπορεί να συμβάλει στη μείωση της ποσότητας νερού που απαιτείται για την ανάμιξη του σκυροδέματος, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας και πόρων.

Η ομάδα διερεύνησε τη ροή, την αντοχή και τις περιβαλλοντικές επιδράσεις του σκυροδέματος LC2 ενισχυμένου με γραφένιο. Τα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα, υποδεικνύοντας ότι το ενισχυμένο με γραφένιο σκυρόδεμα μπορεί να υπερτερεί σημαντικά σε σχέση με το παραδοσιακό τρισδιάστατα εκτυπωμένο σκυρόδεμα.

Η αξιολόγηση του κύκλου ζωής έδειξε ότι το νέο σκυρόδεμα έχει τη δυνατότητα να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά περίπου 31% σε σύγκριση με άλλα εκτυπώσιμα μίγματα.

Πρόοδος στα βιώσιμα υλικά

Οι ερευνητές αξιολόγησαν τη δυνατότητα εφαρμογής του υλικού σε πραγματικές συνθήκες και συγκεκριμένα σε υποδομές μεταφορών, συνεργαζόμενοι με το Συμβούλιο Έρευνας Μεταφορών της Βιρτζίνια (VTRC).

«Η συνεργασία με το VTRC ήταν απαραίτητη για την αποκάλυψη των θεμελιωδών ιδιοτήτων αυτού του νέου σκυροδέματος», πρόσθεσε ο Ozbulut στην ανακοίνωση.

Με την ενσωμάτωση του γραφενίου σε ένα μίγμα τσιμέντου από ασβεστόλιθο και πυρωμένο άργιλο, η ομάδα μείωσε σημαντικά το αποτύπωμα άνθρακα της τρισδιάστατης κατασκευής.

Αυτή η ανακάλυψη έχει τη δυνατότητα να δώσει ώθηση στον τομέα των κατασκευών, επιτρέποντας τη δημιουργία πολύπλοκων κατασκευών με μειωμένα απόβλητα και κατανάλωση ενέργειας.

Σημειώνεται ότι, η παραγωγή τσιμέντου συμβάλλει κατά 8% στις παγκόσμιες εκπομπές CO2. Για τον μετριασμό των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της παραγωγής τσιμέντου, οι ερευνητές και οι βιομηχανίες διερευνούν διάφορες στρατηγικές, συμπεριλαμβανομένων των επιλογών τρισδιάστατης εκτύπωσης.

Νωρίτερα, μια ομάδα με επικεφαλής τον Ozbulut παρουσίασε μια νέα λύση για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του σκυροδέματος με την ενσωμάτωση νανοϊνιδίων κυτταρίνης, ενός υλικού φυτικής προέλευσης.

Αυτές οι φυτικής προέλευσης ίνες έχουν αποδείξει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετα για τη βελτίωση των ιδιοτήτων ροής και της μηχανικής αντοχής των σύνθετων υλικών.