Conform TechSpot, cercetătorii de la Universitatea din Pennsylvania explorează noi modalități prin care betonul, unul dintre cele mai poluante materiale de construcție, ar putea deveni parte a soluției climatice. În prezent, betonul este responsabil pentru aproape 8% din emisiile globale de carbon, iar cererea pentru acesta continuă să crească odată cu extinderea orașelor. Dacă măcar o fracțiune din acest material ar putea fi reproiectată pentru a stoca carbonul în loc să-l emită, impactul asupra mediului ar fi enorm.
Sub conducerea profesorului Masoud Akbarzadeh, echipa de la Penn a dezvoltat Diamanti, un sistem structural printat 3D care folosește atât geometria, cât și știința materialelor pentru a transforma betonul într-un potențial absorbant de carbon. Cu ajutorul roboticii, formelor inspirate din natură și a unui amestec de ciment reformulat de omul de știință material Shu Yang, proiectul demonstrează cum inovația în design și sustenabilitatea pot colabora pentru a construi generația următoare de infrastructură.
Diamanti combină designul structural și știința materialelor pentru a aborda una dintre cele mai mari probleme de mediu ale industriei construcțiilor – emisiile de carbon. În loc să toarne betonul în matrițe standard, echipa de la Penn folosește imprimarea 3D robotică pentru a crea componente modulare rafinate prin algoritmi digitali.
Fiecare piesă este proiectată pentru a rezista la presiune și tensiune folosind un minim de material. Formele curbate și goale întăresc structura și cresc suprafața acesteia, permițând mai mult dioxid de carbon să interacționeze cu ea și transformând fiecare piesă într-un mic absorbant de carbon.
Producția de beton este responsabilă pentru aproximativ 8% din emisiile globale de carbon, în principal din cauza cimentului, ingredientul său cheie. Fabricarea cimentului necesită încălzirea calcarului la aproximativ 2.000 de grade Celsius, un proces intensiv din punct de vedere energetic care eliberează cantități mari de CO₂. Pentru a reduce acest lucru, Diamanti înlocuiește o parte din ciment cu pământ diatomit, un mineral bogat în silice format din alge fosilizate.
Echipa de știință a materialelor condusă de Shu Yang a descoperit că acest aditiv crește porozitatea, permițând dioxidului de carbon să se răspândească mai adânc și să reacționeze chimic cu compușii pe bază de calciu. Testele arată că amestecul de beton modificat poate absorbi cu peste 140% mai mult CO₂ decât betonul tradițional în aceleași condiții.
Plecat de la această inovație în materiale, proiectul redefinește și modul în care structurile pot funcționa. Inspirându-se din formele biologice – în special structura poroasă a oaselor – cercetătorii au folosit structuri de suprafață minimă periodic triplu care distribuie eficient sarcinile, menținând totodată masa redusă. Imprimarea 3D robotică permite construirea acestor designuri intricate fără matrițe, creând componente ușoare dar rezistente care folosesc cu aproximativ 60% mai puțin material decât betonul convențional.
Pentru a aduce conceptul la viață, echipa a construit un pod prototip pentru a testa performanța sa. Expus la expoziția “Time, Space, Existence” a Centrului Cultural European din Veneția, podul de 2,5 metri constă din nouă module prefabricate printate de un braț robotic. Fiecare piesă prezintă cavități și texturi de suprafață care îmbunătățesc atât rezistența, cât și captarea de carbon. În loc de adezivi sau mortar, modulele sunt unite folosind opt cabluri de oțel negrupate într-un sistem post-tensionat reversibil. Această abordare reduce nevoia de armare cu oțel – o sursă majoră de emisii – și permite demontarea și reutilizarea podului.
Aceste teste inițiale au deschis calea pentru prototipuri mai mari. La institutul de cercetare CERIB din Franța, Diamanti a trecut testele de încărcare pe modele de cinci și zece metri, cel din urmă fiind realizat folosind amestecul de beton al Sika și printat de firma franceză de robotică Carsey3D. Ingineria proiectului se bazează pe statica grafică poliedrică, o metodă matematică ce optimizează modul în care tensiunea și compresia se mișcă printr-o structură.
După acel succes, echipa a revenit la Veneția, unde Diamanti a devenit un punct focal în discuțiile despre construcția sustenabilă. După expoziție, cercetătorii au început planificarea primului pod de dimensiuni complete în Franța, având în vedere mai multe locații posibile în Paris. Proiectul a fost publicat în jurnalul Advanced Functional Materials, făcându-l unul dintre cele mai bine documentate exemple de tehnologie de captare a carbonului prin beton de până acum.
Cercetarea se extinde acum dincolo de poduri. Echipa de la Penn adaptează principiile Diamanti la sisteme modulare de podele și panouri de fațadă care folosesc aceeași logică geometrică și chimică. Scalarea metodei rămâne dificilă din cauza aprovizionării limitate la nivel global cu pământ diatomit; cu toate acestea, regiunile cu depozite naturale ar putea să-l folosească pentru a produce materiale de construcție mai ecologice.
Experții văd Diamanti nu ca un înlocuitor complet pentru metodele tradiționale de construcție, ci mai degrabă ca un pas semnificativ spre reducerea emisiilor în cel mai utilizat material de construcție din lume. Deoarece betonul este folosit peste tot, chiar și îmbunătățirile minore pot avea un impact semnificativ asupra mediului.
Așa cum a explicat Akbarzadeh, natura obține puterea prin eficiență, nu prin exces. Diamanti aduce această idee în arhitectură – demonstrând că un design mai inteligent și materiale mai bune pot construi structuri mai rezistente cu mai puțin beton, în timp ce curăță aerul.
Image credit: CNN
