Επανεκτίμηση των Υφιστάμενων Δομικών Υλικών και Διαδικασιών μέσα από μια Σύγχρονη Προοπτική

Για χιλιετίες, υλικά κατασκευής όπως το σκυρόδεμα έχουν επιτρέψει στους ανθρώπους να δημιουργούν διαρκή αριστουργήματα αρχιτεκτονικής· αρκεί να κοιτάξουμε τη Ρώμη της αρχαιότητας για παραδείγματα. Ενώ κάποιος μπορεί να νομίζει ότι με την πάροδο αυτού του χρόνου θα είχαμε μάθει τα πάντα για αυτά τα υλικά κατασκευής, η επανεκτίμησή τους μέσα από μια σύγχρονη προοπτική έχει επιτρέψει σε εταιρείες που κοιτάζουν το μέλλον να τους δώσουν νέο σκοπό και να βελτιώσουν τις αρχαίες συνταγές.

Υλικά και Διαδικασίες

Όπως αναφέρθηκε, η αρχαία Ρώμη είναι το τέλειο παράδειγμα του τι μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση σκυροδέματος. Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες ήταν μπερδεμένοι ως το πώς δομές που χρονολογούνται από πάνω από 2000 χρόνια πριν ήταν ακόμη σε τόσο καλή κατάσταση. Τώρα, γνωρίζουμε ότι η απάντηση ήταν όλο αυτόν τον καιρό στο επίκεντρο – το ασβέστιο.
Η παρουσία του ασβεστίου στο ρωμαϊκό σκυρόδεμα θεωρούνταν πάντα αποτέλεσμα ακατάλληλων/φτωχών πρακτικών ανάμειξης. Όπως αποδεικνύεται, τα προκύπτοντα κρούστα ασβεστίου έχουν σημαντικό σκοπό, ο οποίος, όταν ενσωματώνεται στο σκυρόδεμα με συγκεκριμένο τρόπο, επιτρέπει στο τελικό προϊόν να αυτοεπισκευάζει ρωγμές· κάτι που μας φέρνει στην πρώτη μας σύγχρονη προσέγγιση ενός αρχαίου υλικού κατασκευής – το αυτο-θεραπευτικό σκυρόδεμα.

Αυτο-θεραπευτικό Σκυρόδεμα

Το σκυρόδεμα είναι απλώς ένα μείγμα λεπτών και χοντρών υποστρωμάτων που αναμιγνύονται και συγκρατούνται από σκληρυντικό. Η συνταγή για την παρασκευή σκυροδέματος έχει διαφοροποιηθεί με την πάροδο του χρόνου και σε όλο τον κόσμο, ώστε να προσαρμόζεται σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Με αυτόν τον νου, οι επιστήμονες έχουν αρχίσει να ερευνούν και να δοκιμάζουν νέες συνταγές/προσεγγίσεις για τη δημιουργία μιας έκδοσης προσαρμοσμένης για το μέλλον. Ένα παράδειγμα προέρχεται από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, όπου οι επιστήμονες αναπτύσσαν μια πιθανή αντικατάσταση του σκυροδέματος που ονομάζουν «Ζωντανά Υλικά Κατασκευής (LBMs)», τα οποία δημιουργούνται με τη χρήση “φωτοσυνθετικών μικροοργανισμών για τη βιομεταλλοποίηση αδρανών άμμου-ζελατίνης”.

Ελπιδοφόρα, αυτά τα LBM έχουν δείξει την ικανότητα όχι μόνο να αυτοαναπαράγονται και να αυτοεπισκευάζονται, αλλά και να κατασκευάζονται από υλικά αποβλήτων. Εξίσου σημαντική είναι η ικανότητά τους να συλλαμβάνουν άνθρακα. Πέρα από τη διάρκεια και τη μακροζωία, υπάρχει ένας κύριος λόγος για τον χρόνο που δαπανάται στην ανάπτυξη νέων συνταγών για το φουτουριστικό σκυρόδεμα – το περιβάλλον.

Η διαδικασία παραγωγής σκυροδέματος εκλύει μια μεγάλη ποσότητα CO₂. Ως το δεύτερο πιο χρησιμοποιούμενο προϊόν στη Γη, αυτό οδηγεί σε τεράστιες εκπομπές (8% του συνολικού CO₂). Αν μπορούμε ενδεχομένως να δημιουργήσουμε εκδόσεις σκυροδέματος που πραγματικά βοηθούν το περιβάλλον αντί να το βλάπτουν, τότε είναι ένα μονοπάτι που αξίζει να εξερευνηθεί.

https://youtu.be/sXIjX7Jio5A
Πέρα από τη συνεχιζόμενη έρευνα στα εργαστήρια, νεοσύστατες εταιρείες όπως η Biomason προσφέρουν ήδη προϊόντα που βασίζονται σε παρόμοια προσέγγιση, χρησιμοποιώντας τη βιολογία ως μέσο ελαχιστοποίησης του περιβαλλοντικού αποτυπώματος της βιομηχανίας τσιμέντου. Μέχρι σήμερα, αυτή η εταιρεία έχει ήδη συγκεντρώσει περίπου $95 εκατομμύρια σε χρηματοδότηση μέσω πολλαπλών γύρων από επενδυτές όπως η Novo Holdings, η Celesta Capital και άλλους.

Κάνναβη Ράβδοι Ενίσχυσης

Τα ραβδιά ενίσχυσης (rebar) είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό υλικό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή με σκυρόδεμα. Συνήθως κατασκευάζονται από χάλυβα, παρέχοντας δομική στήριξη στα κτίρια από σκυρόδεμα και αυξάνοντας τη μακροζωία τους. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η εργασία με σκυρόδεμα συνεπάγεται συνήθως μεγάλες εκπομπές CO₂. Τι θα γινόταν αν υπήρχε τρόπος να δημιουργηθεί ραβδί ενίσχυσης που να βοηθά στην αντιστάθμιση αυτού του προβλήματος χωρίς να θυσιάζει τα πλεονεκτήματα του χάλυβα; Εισάγουμε το κάνναβη ραβδί ενίσχυσης.
Το κάνναβη ραβδί ενίσχυσης όχι μόνο λειτουργεί για την αύξηση της μακροζωίας του σκυροδέματος, αλλά μπορεί να είναι φθηνότερο, πιο δυνατό και ελαφρύτερο από τον χάλυβα, παραμένοντας ανθεκτικό στη διάβρωση· όλα σημαντικά ζητήματα, καθώς η κατάρρευση πολλών κτιρίων συνδέεται με βαριά και διαβρωμένα χάλυβα ραβδιά ενίσχυσης. Είναι επίσης γνωστό ως βιοϋλικό με αρνητικό αποτύπωμα άνθρακα, με αγρούς που απορροφούν τεράστιες ποσότητες CO₂. Όταν χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπως η μετατροπή του σε ραβδί ενίσχυσης, το προϊόν κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του μπορεί να αντισταθμίσει τις εκπομπές CO₂ που σχετίζονται με τη χρήση σκυροδέματος.

Τούβλα Αποθήκευσης Ενέργειας

Το σκυρόδεμα δεν είναι το μοναδικό υλικό κατασκευής που υφίσταται μια φουτουριστική ανανέωση. Διαδικασίες για τη μετατροπή κανονικών και ανακυκλωμένων τούβλων σε υπερπυκνωτές αναπτύσσονται τώρα. Αυτό σημαίνει ότι στο εγγύς μέλλον, τα τούβλα που καλύπτουν το σπίτι σας ή χρησιμεύουν ως διάδρομος μπορεί να λειτουργήσουν ως λύση αποθήκευσης ενέργειας. Απλώς συνδέστε τα τούβλα με μια πηγή ενέργειας (π.χ. ηλιακά πάνελ), και τα τούβλα μπορούν να φορτιστούν ώστε να παρέχουν ενέργεια κατά τις νυχτερινές ώρες. Πρέπει, ωστόσο, να σημειωθεί ότι η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο πριν γίνει αυτό εφικτό. Προς το παρόν, οι ερευνητές υποδεικνύουν ότι η χωρητικότητα περίπου 50 τούβλων θα παρείχε αρκετή ενέργεια μόνο για επείγουσα φωτισμό έως 5 ώρες.

Για να επιτύχουν αυτό το επίτευγμα, οι ερευνητές εξέτασαν τη φυσική δομή των τούβλων, σημειώνοντας ότι είναι αρκετά πορώδη. Για να τα μετατρέψουν σε υπερπυκνωτές, τα τούβλα επικαλύφθηκαν/ένεσαν με PEDOT (ένα αγώγιμο πολυμερές), που ουσιαστικά μετατρέπει το τούβλο σε σφουγγάρι ενέργειας.

Αυτές είναι οι λύσεις που, όταν συνδυαστούν με μια συνεχόμενη και συντονισμένη ώθηση προς τη βιώσιμη ενέργεια, θα επιτρέψουν στους ανθρώπους να αντιστρέψουν τη ζημιά που προκαλείται στη Γη και να εξασφαλίσουν ένα πιο πράσινο μέλλον.

Προσθετική Κατασκευή

Κοιτάζοντας το μέλλον της κατασκευής, υπάρχει κάτι περισσότερο από τα υλικά που χρησιμοποιούνται. Υπάρχουν επίσης οι διαδικασίες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Με αυτόν τον νου, ένα από τα πιο υποσχόμενα και ενδεχομένως επαναστατικά βήματα που θα αλλάξουν τον τρόπο που χτίζουμε είναι η προσθετική κατασκευή, γνωστή και ως ‘3D-printing’.

ICON είναι μια ιδιαίτερα αξιοσημείωτη εταιρεία που αξίζει να παρακολουθήσετε, καθώς τα προϊόντα/υπηρεσίες της είναι κάτι περισσότερο από μια ιδέα υψηλής δυναμικής· έχουν ήδη τεθεί σε εφαρμογή. Σε ένα παράδειγμα, μια κοινότητα 100 σπιτιών που αποτελείται από 3D-τυπωμένα σπίτια της ICON βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη στο Georgetown, Texas. Σε ένα άλλο, και ίσως πιο συναρπαστικό παράδειγμα, η ICON βραβεύτηκε με βραβείο $57,2 εκατομμυρίων από τη NASA για την ανάπτυξη ενός «συστήματος κατασκευής στην επιφάνεια του φεγγαριού». Ναι, η ICON αναπτύσσει τα συστήματα που θα επιτρέψουν την κατοίκηση της Σελήνης και πέραν αυτής σε 3D-τυπωμένες δομές.

Η υπόσχεση πίσω από τα 3D-τυπωμένα σπίτια είναι τέτοια ώστε εταιρείες όπως η ICON έχουν ήδη προσελκύσει σημαντική χρηματοδότηση από επενδυτές με προοπτική. Στην τελευταία της συγκέντρωση κεφαλαίων, η ICON διακρίνεται με περίπου $451,5 εκατομμύρια σε χρηματοδότηση.

Η ICON δεν είναι η μόνη εταιρεία που τυπώνει σπίτια σε 3D. Άλλες, όπως η Alquist, αξιοποιούν τη διαδικασία για να δημιουργήσουν προσιτή στέγαση με σκοπό να «αναβαθμίσουν οικονομικά δυσπρόσιτες και υποεξυπηρετούμενες κοινότητες μειώνοντας το κόστος κατασκευής»

Κοιτώντας Μπροστά

Το έτος είναι 2033. Αν όλα έχουν εξελιχθεί όπως σχεδιάστηκε, θα υπάρχουν άνθρωποι που θα βγουν από το αυτο-θεραπευτικό, ενισχυμένο με κάνναβη ραβδί ενίσχυσης, 3D-τυπωμένο σπίτι τους, το οποίο τροφοδοτείται τη νύχτα από έναν διάδρομο από τούβλα που φορτίζεται κατά τη διάρκεια της ημέρας, και θα κοιτάξουν τον νυχτερινό ουρανό. Εκεί, θα δουν κουκκίδες φωτός που προέρχονται από τεράστιες σειρές δορυφόρων, που έχουν τοποθετηθεί μέσω χρήσης επαναχρησιμοποιήσιμων πυραύλων, οι οποίοι επίσης μεταφέρουν φορτία υλικού για την πρώτη δομή που θα κατασκευαστεί στη Σελήνη.