O echipă de cercetători de la Universitatea din Pennsylvania a creat un beton inovator, inspirat de arhitectura fosilizată a unor alge microscopice, care deschide drumul către o industrie a construcțiilor mai sustenabilă și mai prietenoasă cu mediul. Pe lângă faptul că este ușor și extrem de rezistent, noul beton are și o capacitate excepțională de a capta dioxid de carbon din atmosferă – cu până la 142% mai mult decât betonul convențional.
De asemenea, folosește mai puțin ciment, fără a compromite niciun parametru de rezistență la compresiune, potrivit University of Pennsylvania.
„Rețeta secretă” are la bază pământul diatomitic (DE), o substanță naturală, pulverulentă, formată din rămășițele fosilizate ale diatomelor – alge străvechi, cu înveliș dur. În ingineria materialelor, DE este ușor, are o suprafață specifică mare și o porozitate favorabilă, ideală pentru absorbția CO2.
„De obicei, dacă mărești suprafața sau porozitatea, pierzi din rezistență. Dar aici a fost invers: structura a devenit mai rezistentă în timp”, spune Shu Yang, co-autor principal și șef al Departamentului de Știința Materialelor la Școala de Inginerie și Științe Aplicate UPenn.
În timpul testelor, echipa a constatat că designul experimental a obținut „o conversie a CO2 cu 30% mai mare” atunci când geometria a fost și mai fin rafinată, reușind în același timp să mențină rezistența similară betonului tradițional.
Cercetătorii au creat mai întâi o „pastă cimentară”, suficient de fluidă pentru a fi utilizată în imprimarea 3D. Aceasta a inclus un amestec de ciment Portland, nisip fin și fum de silice. De asemenea, a fost adăugat un superplastifiant, pentru a reduce conținutul de apă și a păstra compatibilitatea cu imprimarea.
Imprimarea 3D robotică a fost folosită pentru a crea structuri asemănătoare unor rețele – așa-numitele suprafețe minime triplu periodice (TPMS) – inspirate din modul în care natura formează oasele și cochiliile. Aceste forme oferă atât spațiu pentru captarea carbonului, cât și integritate structurală comparabilă cu betonul clasic. Materialul imprimat a fost apoi lăsat să se întărească. În final, a fost aplicat un strat de hidroxid de calciu pentru a-i spori proprietățile de captare a carbonului.
Rezultatul final a fost un beton imprimabil, scalabil, care nu doar că rezistă structural, dar și extrage carbon din atmosferă, fără procesări complexe sau costuri ridicate.
„Dar nu a fost doar despre estetică sau reducerea masei. A fost despre descoperirea unei noi logici structurale. Am putut reduce materialul cu aproape 60% și totuși să susținem sarcina, demonstrând că este posibil să faci mult mai mult cu mult mai puțin”, a declarat Masoud Akbarzadeh, co-autor principal și profesor asociat de arhitectură la Școala de Design Weitzman.
Cercetătorii s-au declarat surprinși de faptul că, în ciuda porozității ridicate, care în mod normal scade rezistența, materialul s-a întărit pe măsură ce absorbea CO2.
După ce cercetătorii și-au perfecționat designul, l-au tăiat în straturi pentru imprimare. Componentele au fost testate în comparație cu betonul tradițional și s-a constatat că folosesc cu 68% mai puțin material, în timp ce raportul suprafață-volum a crescut cu peste 500%. Placa TPMS a avut 90% din rezistența la compresiune a betonului, dar o absorbție a CO2 cu 32% mai mare per unitate.
Astfel, un cub TPMS, comparat cu un cub solid de beton tradițional, a putut absorbi cu 146% mai mult CO2, sau cu 32% mai mult CO2 per unitate de ciment (comparând gram la gram).
Cercetarea a fost publicată în revista Advanced Functional Materials.
Materialul care face posibilă viața modernă este și una dintre cele mai mari surse de poluare
Betonul, al doilea cel mai utilizat material de pe planetă (după apă), este responsabil pentru aproximativ 8% din emisiile globale de gaze cu efect de seră.
”Materialul care a permis societăților să prospere este, în același timp, responsabil pentru până la 9% din emisiile globale de gaze cu efect de seră. Schimbările climatice, cauzate în mare măsură de utilizarea combustibililor fosili, reprezintă o provocare existențială pentru omenire, dacă oamenii doresc să construiască în mod sustenabil structurile care susțin viața modernă – respectiv locuințe noi, autostrăzi, poduri și altele”, se arată pe site-ul universității
În continuare, oamenii de știință urmăresc să scaleze acest nou beton pentru a realiza pardoseli, fațade și panouri portante.
„Din momentul în care am încetat să mai privim betonul ca pe un material static și am început să-l vedem ca pe unul dinamic – ceva care reacționează la mediu – ni s-a deschis o lume cu totul nouă de posibilități”, mai spune Yang.
C.S.