Ehhez a 3D-nyomtatott hídhoz kevesebb beton kell, közben több szén-dioxidot nyel el
A beton olcsó, sokoldalú, rendkívül erős és helyben is könnyen elérhető építőanyag. Nem véletlen, hogy ez a világ leggyakrabban használt mesterséges anyaga, ugyanakkor hatalmas karbonlábnyoma van: a globális üvegházhatásúgáz-kibocsátás mintegy nyolc százalékáért felel.
A cement- és betonipar jó ideje próbálja fenntarthatóbb keverékekkel és hatékonyabb szerkezeti megoldásokkal csökkenteni az ökolábnyomát. A Pennsylvaniai Egyetem most e két irányt ötvözte: anélkül kombinált új anyagokat és takarékos tervezést, hogy csökkent volna a teherbírás vagy a tartósság.
A természet ihlette Diamanti projekt fenntartható betonkeverékből, robotikus 3D-nyomtatóval készít bonyolult, rácsszerű mintázatokat.
A híd első terve 60 százalékkal kevesebb anyagot használ, miközben megőrzi a mechanikai szilárdságát – magyarázta a CNN-nek Masoud Akbarzadeh, az egyetem építész docense. A projektvezető hangsúlyozta: a természet több millió év alatt „megtanulta, hogy nem kell anyag mindenhová”.
„Ha megnézzük egy csont keresztmetszetét, láthatjuk, hogy tele van üregekkel, mégis bizonyos mintázatokon belül továbbítja a terhelést.”
Nem csak a mintázat különleges: a hídhoz használt betonkeverék akár 142 százalékkal több szén-dioxidot képes megkötni, mint a hagyományos beton – ami a teljes élettartama alatt csupán a gyártása során keletkező szén-dioxid mintegy 30 százalékát nyeli vissza.
A kutatók a csontok szerkezetéből ismert tripla periódusú minimális felületeket (TPMS) utánozták a tervezés során. Ez a geometria nemcsak merevebbé teszi a szerkezetet, hanem növeli is a beton felületét, és „jelentősen hozzájárul a szén-dioxid csökkentéséhez és megkötéséhez” – állítja Akbarzadeh.
A beton új arca
A beton a szilárdsága, a tartóssága és a tűzállósága miatt az egyik legelterjedtebb építőanyag. A Nemzetközi Energiaügynökség adatai szerint a cementipar 1990 és 2023 között ugyan 25 százalékkal csökkentette az egy egységre eső kibocsátását, viszont az összesített emisszió a kereslet miatt nőtt.
A kibocsátás 90 százaléka pedig továbbra is a cementgyártásból származik, hiszen az előállítása meglehetősen energiaigényes. A mészkövet akár kétezer Celsius-fokig hevítik, ami sok szén-dioxidot szabadít fel.
A Diamanti betonkeverékét Shu Yang professzor fejlesztette ki, úgy, hogy a cement egy részét fosszilis algákból képződött, szilíciumban gazdag és porózus kovafölddel helyettesítette. Ezzel biominerál csatornákat hozott létre a beton belsejében, lehetővé téve, hogy a szén-dioxid mélyebbre hatoljon.
Bemutatják a 3D-nyomtatott modellt, épülhet az első híd
A kutatók először egy ötméteres prototípust, majd egy tízméteres változatot is megépítettek. A szerkezet minden terhelési teszten kiválóan megfelelt, sőt, Akbarzadeh szerint felülmúlt minden várakozást.
A híd moduláris: minden elemet robotikus karral nyomtattak és acélkábelekkel kapcsoltak össze. Rájöttek, hogy a 3D-nyomtatás 25 százalékkal csökkenti az építési időt, valamint az anyag- és energiafelhasználást, összességében pedig 80 százalékkal kevesebb acélt igényel.
Mindez jelentősen mérsékli az építőipar szén-dioxid-kibocsátását, és 25–30 százalékkal fogja vissza az építési költségeket.
A Diamanti projekt leírása szerint a hidat a november 23-ig tartó Velencei Biennálén mutatják be, a Time, Space, Existence kiállítás keretében, míg a projektet az Advanced Functional Materials folyóiratban publikálták.
A csapat közben engedélyt kapott az első franciaországi híd megépítésére, és új alkalmazásokat is, például előregyártott födémszerkezeteket vizsgál.
Gábor János, NEW technology