Additive विनिर्माण
कंक्रीट के विकल्प के रूप में त्वरित सुखाने वाला 3डी प्रिंटेड क्ले-हेम्प पॉलीमर
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कंक्रीट की पर्यावरणीय सीमाएँ: रेत का उपयोग और CO₂ उत्सर्जन
पिछले कुछ दशकों में, विशेषकर घनी आबादी वाले शहरी क्षेत्रों में, कंक्रीट निर्माण में प्रमुख सामग्री बन गई है। इसकी कम लागत, उपयोग में आसानी और अनुकूलन क्षमता के कारण इसने धीरे-धीरे ईंटों, पत्थरों और लकड़ी का स्थान ले लिया है।
लेकिन इसमें भी समस्याएं हैं।
सबसे पहले, संसाधन खपत के मामले में यह टिकाऊ उत्पाद से बहुत दूर है। इसमें अत्यधिक मात्रा में रेत का उपयोग होता है, इस हद तक कि रिपोर्टों से पता चलता है कि दुनिया में रेत की कमी हो रही है।
स्रोत: विजुअल कैपिटलिस्ट
सीमेंट का उत्पादन भी एक अत्यंत ऊर्जा-गहन गतिविधि है। यह लगभग पूरी तरह से जीवाश्म ईंधनों द्वारा संचालित होता है, जिसके परिणामस्वरूप सीमेंट उत्पादन विश्व के CO₂ उत्सर्जन के 8% के लिए जिम्मेदार है।.
यह कारों और वैन से होने वाले उत्सर्जन के बराबर है। जो वैश्विक उत्सर्जन के 10% के लिए जिम्मेदार हैंइसलिए, कंक्रीट को अधिक टिकाऊ बनाना उतना ही प्रभावशाली होगा जितना कि दुनिया की सभी कारों को इलेक्ट्रिक वाहनों में बदलना और उन्हें केवल हरित ऊर्जा से चलाना।
टीएल, डॉ: ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक 3डी-प्रिंट करने योग्य क्ले-हेम्प-बायोचार पॉलीमर विकसित किया है जो दो सप्ताह से भी कम समय में सूख जाता है और केवल तीन दिनों में संरचनात्मक मजबूती प्राप्त कर लेता है—यह सीमेंट की तुलना में कहीं अधिक तेज़ और स्वच्छ है, जो वैश्विक CO₂ उत्सर्जन के 8% के लिए जिम्मेदार है। यह नई सामग्री लगभग 75% जैव-आधारित घटकों का उपयोग करती है, उच्च प्रारंभिक चरण की मजबूती प्रदान करती है, और बिना सहारे के 3डी-प्रिंटेड ओवरहैंग्स को सक्षम बनाती है। हालांकि यह अभी भी प्रायोगिक है और आज के कंक्रीट की तुलना में अधिक महंगा है, लेकिन इसका कम कार्बन फुटप्रिंट और तेजी से निर्माण क्षमता इसे अगली पीढ़ी की निर्माण सामग्री के रूप में स्थापित करती है, खासकर कार्बन करों और स्थिरता जनादेशों के विस्तार के साथ।
क्ले-हेम्प 3डी प्रिंटिंग से कम कार्बन वाला कंक्रीट का विकल्प कैसे बनता है
परंपरागत कंक्रीट के पर्यावरण अनुकूल विकल्पों की खोज के समानांतर, घरों के निर्माण के लिए 3डी प्रिंटिंग के सिद्धांतों का उपयोग करने का विचार सामने आया।.
ईंटें बिछाने जैसी श्रमसाध्य विधियों के बजाय, एक स्वचालित 3डी प्रिंटिंग मशीन तेजी से दीवारें खड़ी कर सकती है।
हालांकि, दीवारों पर प्रिंटिंग करने से कंक्रीट के लिए आवश्यक लंबे समय तक सूखने की प्रक्रिया समाप्त नहीं होती है; संरचना को पूरी मजबूती प्राप्त करने से पहले अभी भी 28 दिनों की प्रतीक्षा अवधि की आवश्यकता होती है।
ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने अब कंक्रीट का एक ऐसा विकल्प विकसित किया है जो कार्बन उत्सर्जन में काफी कम है और साथ ही 3डी प्रिंटिंग तकनीक के साथ भी संगत है।
उन्होंने अपने परिणाम एडवांस्ड कंपोजिट्स एंड हाइब्रिड मैटेरियल्स में प्रकाशित किए।1 हक के तहत "बायोबेस्ड एडिटिव्स के साथ तेजी से जमने वाले क्ले कंक्रीट का उपयोग करके टिकाऊ बुनियादी ढांचे की 3डी प्रिंटिंग".
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| संपत्ति | पारंपरिक सीमेंट कंक्रीट | मिट्टी-भांग पॉलिमर कंक्रीट (ओएसयू) | कम कार्बन वाला इलेक्ट्रोलाइज़र सीमेंट (सबलाइम) |
|---|---|---|---|
| बंधक | पोर्टलैंड सीमेंट, भट्टी में पकाया हुआ क्लिंकर | आरआईसीएफपी का उपयोग करके एक्रिलामाइड-आधारित पॉलिमर बाइंडर | सामान्य तापमान पर निर्मित इलेक्ट्रोलाइज़र-आधारित सीमेंट |
| जैव-आधारित / इन-सीटू सामग्री | कम; मुख्यतः खदानों से प्राप्त समुच्चय | लगभग 75% मिट्टी, रेत, भांग के रेशे, बायोचार (वजन के अनुसार) | यह स्थानीय कैल्शियम स्रोतों (औद्योगिक उप-उत्पाद, चट्टानें) पर निर्भर करता है। |
| लगाने के तुरंत बाद मजबूती | प्रभावी रूप से 0 एमपीए; इसके लिए सांचे की आवश्यकता होती है। | 3डी प्रिंटिंग के तुरंत बाद लगभग 3 एमपीए का दबाव | प्रारंभिक क्षमता प्रोफ़ाइल का अभी भी मूल्यांकन और परीक्षण किया जा रहा है। |
| 17–24 MPa की संरचनात्मक मजबूती प्राप्त करने में लगने वाले दिन | आमतौर पर 28 दिनों तक | 17 MPa से अधिक दबाव पार करने में लगभग 3 दिन लगेंगे | समान या बेहतर लक्ष्य, मिश्रण और पौधे के अनुसार भिन्न होता है। |
| पूर्ण इलाज समय | ≈28 दिन | लगभग 8-14 दिन (40 एमपीए से अधिक) | पौधे के लिए विशिष्ट; भट्टी प्रक्रिया से बचने के लिए डिज़ाइन किया गया |
| साधारण पोर्टलैंड सीमेंट की तुलना में CO₂ फुटप्रिंट | उच्च (भट्टियों और प्रक्रिया उत्सर्जन) | जैव-आधारित एग्रीगेट और सीमेंट भट्टी के उपयोग के कारण लागत कम है। | चूना पत्थर के कैल्सीनेशन से बचकर इसे काफी कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। |
| 3डी प्रिंटिंग क्षमता | सहारे की आवश्यकता होती है, सूखने में समय लगता है, और किनारों पर सीमित उभार होते हैं। | बिना सहारे के भी स्वतंत्र रूप से खड़े होने वाले ओवरहैंग और गैप को प्रिंट कर सकता है। | प्रारंभिक चरण; निम्न कार्बन सीमेंट के बैच उत्पादन पर ध्यान केंद्रित। |
मिट्टी-भांग पॉलिमर के भीतर: आरआईसीएफपी और जैव-आधारित समुच्चय
सीमेंट में आमतौर पर कैल्शियम, सिलिकॉन, एल्युमीनियम और लोहा होता है, जिन्हें अंततः भट्टी में गर्म करके बारीक पाउडर में पीस लिया जाता है।
इसके बजाय, शोधकर्ताओं ने रेडिकल-इंड्यूस्ड कैटायोनिक फ्रंटल पॉलीमराइजेशन (आरआईसीएफपी) नामक विधि का उपयोग करके 3डी-प्रिंट करने योग्य, मिट्टी आधारित निर्माण सामग्री विकसित की।
यह तीन प्रमुख रासायनिक घटकों पर निर्भर करता है:
- एक ऐसा मोनोमर जो मुक्त मूलक की उपस्थिति में बहुलकित होता है।
- एक क्रॉसलिंकर जो पॉलीमर स्ट्रैंड्स को आपस में जोड़ता है।
- एक ऐसा उत्प्रेरक जो उच्च तापमान पर बहुलकीकरण शुरू करने के लिए आवश्यक मुक्त कणों को मुक्त करता है।
शोधकर्ताओं ने संपीड़न शक्ति, इन्सुलेशन और स्थिरता में सुधार करने के लिए RICFP बाइंडर को मिट्टी के समुच्चय, रेत, बायोचार और भांग के रेशे के साथ मिलाकर यह उपलब्धि हासिल की। इसमें एक बाइंडर भी मिलाया गया, जो एक्रिलामाइड (ACR) मोनोमर, मेथिलीनबिसएक्रिलामाइड (MBA) क्रॉस-लिंकर और अमोनियम परसल्फेट (APS) से बना था।
कुल मिलाकर, इसमें वजन के हिसाब से 70-80% जैव-आधारित सामग्रियों का उपयोग किया गया।
परंपरागत कंक्रीट की तुलना में बेहतर मजबूती और तेजी से सूखने की क्षमता
कंक्रीट की तुलना में इस सामग्री द्वारा प्रदान किया जाने वाला मुख्य सुधार उच्च शक्ति है, विशेष रूप से 3डी प्रिंटिंग के तुरंत बाद।
3 मेगापास्कल (एमपीए) की निर्माण योग्य क्षमता के साथ, यह बहुस्तरीय दीवारों और छतों जैसे स्वतंत्र ओवरहैंग के निर्माण को सक्षम बनाता है।
समय के साथ इसकी मजबूती बढ़ती जाती है, जिससे अंततः एक बहुत ही ठोस इमारत का निर्माण होता है।
"यह सिर्फ तीन दिनों में 17 मेगापास्कल की सीमा को पार कर जाता है, जो आवासीय संरचनात्मक कंक्रीट के लिए आवश्यक मजबूती है, जबकि पारंपरिक सीमेंट आधारित कंक्रीट के लिए इसमें 28 दिन लगते हैं।"
डेविन रोच – मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर, ओएसयू कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग
इसका एक और फायदा है सूखने का समय: यह सामग्री आवासीय संरचनात्मक कंक्रीट के लिए आवश्यक 17 एमपीए की मजबूती केवल तीन दिनों में प्राप्त कर लेती है। यह दो सप्ताह से भी कम समय में पूरी तरह से सूख जाती है—जबकि पारंपरिक सीमेंट आधारित कंक्रीट को लगभग 28 दिन लगते हैं।
शोधकर्ताओं ने विभिन्न 3डी प्रिंटिंग निर्माण विधियों का भी परीक्षण किया। उन्होंने प्रदर्शित किया कि उच्च शक्ति और तीव्र बहुलकीकरण से नए मिश्रण को बिना किसी अंतर्निहित संरचना के प्रिंट किया जा सकता है।
इस नई विधि का उपयोग सामान्य आकार के दरवाजे और खिड़कियां छापने के लिए भी किया जा सकता है, ऐसी विशेषताएं जिनके लिए आमतौर पर कंक्रीट 3डी प्रिंटिंग के साथ अतिरिक्त सामग्री या विशेष विधियों की आवश्यकता होती है।
"यह सामग्री बिना किसी सहारे के स्वतंत्र रूप से खड़ी संरचनाओं को प्रिंट करने में सक्षम है, जिसमें सामने से बहुलकित होने वाले कंक्रीट के साथ प्रिंटिंग की विभिन्न और अनूठी क्षमताएं शामिल हैं।"
भविष्य की इमारतों के लिए क्ले-हेम्प 3डी प्रिंटिंग के क्या मायने हो सकते हैं?
हालांकि 3डी-प्रिंटेड घरों और निर्माण सामग्री में शुरू में कंक्रीट का उपयोग किया जाता था, लेकिन यह संभावना है कि इस नवीन निर्माण विधि को नई सामग्रियों से लाभ होगा।
फिलहाल, चूंकि यह अभी भी प्रायोगिक चरण में है, इसलिए मिट्टी-भांग-बायोचार आधारित सामग्री कंक्रीट से अधिक महंगी है।
लेकिन 3डी प्रिंटिंग की कार्यकुशलता के कारण निर्माण लागत में और अधिक सुधार और कमी आने से, अंततः यह पारंपरिक सामग्रियों के बराबर आ जाएगा।
इसके अलावा, बेहतर कार्बन फुटप्रिंट एक निर्णायक कारक साबित हो सकता है यदि कार्बन टैक्स सीमेंट की लागत को भारी रूप से प्रभावित करना शुरू कर दे।
सीमेंट उत्पादन में निवेश
निवेशकों के लिए मुख्य निष्कर्ष – क्ले-हेम्प 3डी प्रिंटिंग और सीआरएच
क्ले-हेम्प पॉलीमर कंक्रीट अभी भी प्रयोगशाला और प्रायोगिक चरण में है, लेकिन यह तीन शक्तिशाली कारकों के प्रभाव में है: निर्माण में कार्बन उत्सर्जन कम करना, स्वचालित 3D-प्रिंटेड भवन निर्माण और तेजी से सूखने वाली सामग्रियां जो परियोजना की समयसीमा को कम करती हैं। ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी का यह मिश्रण दर्शाता है कि कैसे जैव-आधारित एग्रीगेट और पॉलीमर रसायन विज्ञान पारंपरिक सीमेंट की तुलना में बहुत कम CO₂ उत्सर्जन के साथ हफ्तों के बजाय कुछ ही दिनों में संरचनात्मक मजबूती प्रदान कर सकते हैं। सार्वजनिक बाजार के निवेशकों के लिए, CRH इस परिवर्तन से जुड़ने का सबसे स्पष्ट तरीका है। यह कंपनी उत्तरी अमेरिका की सबसे बड़ी पुनर्चक्रणकर्ता है, इसने वैकल्पिक ईंधनों के साथ सीमेंट उत्सर्जन को कम करना शुरू कर दिया है और सबलाइम सिस्टम्स जैसे कम कार्बन वाले सीमेंट नवप्रवर्तकों, कार्बन-कैप्चर प्रौद्योगिकियों और AI-संचालित मिश्रण अनुकूलन में पूंजी लगा रही है। यदि इलेक्ट्रोलाइज़र-आधारित सीमेंट और उन्नत 3D-प्रिंटेड मिश्रण व्यावसायिक रूप से बड़े पैमाने पर सफल होते हैं, तो CRH जैसी वैश्विक वितरण, पूंजी और नियामक संबंधों वाली स्थापित कंपनियां इस परिवर्तन से प्रभावित होने के बजाय इसका लाभ उठाने के लिए सबसे अच्छी स्थिति में होंगी।
सीआरएच: सतत सीमेंट क्षेत्र में अग्रणी और कार्बन उत्सर्जन कम करने में अग्रणी कंपनी
सीआरएच पीएलसी (CRH -1.41%)
विश्व में सीमेंट उत्पादन के क्षेत्र में अग्रणी कंपनियों में से एक होने के नाते, सीआरएच सीमेंट निर्माण को अधिक टिकाऊ उद्योग बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी। यह अमेरिका और यूरोपीय दोनों बाजारों में निर्माण सामग्री की कुल आपूर्ति मात्रा में पहले स्थान पर है।
कंपनी 28 देशों और 3,390 स्थानों पर सक्रिय है, जिसमें 78,500 लोग कार्यरत हैं, और CRH अमेरिका इसकी 65 वैश्विक बिक्री का 2023% हिस्सा बनाएगी।
सीआरएच को उम्मीद है कि पश्चिमी सरकारों द्वारा बुनियादी ढांचे पर किए जा रहे भारी खर्च से उसके कारोबार को बढ़ने में मदद मिलेगी। पुन: औद्योगीकरण और उच्च-तकनीकी विनिर्माण को देश में स्थानांतरित करने के रुझान भी सहायक सिद्ध होने चाहिए।
स्रोत: सीआरएच
सीआरएच ने कई पहलों के माध्यम से स्थिरता में गंभीर प्रगति की है:
- यह उत्तरी अमेरिका का सबसे बड़ा पुनर्चक्रणकर्ता है, जिसने 2023 में अन्य उद्योगों से 43.9 मिलियन टन कचरे और उप-उत्पादों का पुनर्चक्रण किया।
- अपने सीमेंट संयंत्रों में 36% वैकल्पिक ईंधन का उपयोग करने के कारण इसने 2023 में अपने CO₂ उत्सर्जन में 8% की कमी की।
- इसका लक्ष्य 30 तक उत्सर्जन में 2030% की कमी लाना है (2021 के उत्सर्जन की तुलना में)।
यह अपने आप में सराहनीय है, लेकिन कंक्रीट उद्योग के कार्बन उत्सर्जन को देखते हुए इसे अपर्याप्त और देर से उठाया गया कदम माना जा सकता है।
सौभाग्यवश, सीआरएच इस क्षेत्र में अधिक मूलभूत परिवर्तनों का भी एक चालक है। विशेष रूप से, इसने यूरोपीय कंक्रीट दिग्गज होलसिम के साथ मिलकर कम कार्बन वाली सीमेंट कंपनी सबलाइम में 75 मिलियन डॉलर का निवेश किया है.
उदात्त प्रणाली 2020 में एमआईटी से अलग होकर स्थापित की गई इस परियोजना का उद्देश्य परिवेशी तापमान पर सीमेंट उत्पादन के लिए इलेक्ट्रोलाइज़र का उपयोग करना है, जिससे ऊर्जा और जीवाश्म ईंधन की अधिक खपत करने वाली भट्टियों का स्थान लिया जा सके। यह कैल्शियम स्रोतों को इनपुट सामग्री के रूप में उपयोग करने में भी सक्षम बनाती है, जिससे चूना पत्थर के इनपुट से CO₂ के उत्सर्जन से बचा जा सकता है।
होलीओक में सबलाइम की पहली वाणिज्यिक सुविधा 2026 की शुरुआत में खुलने की उम्मीद है। यदि यह सफल साबित होती है, तो यह सीमेंट उद्योग के लिए एक वास्तविक गेम-चेंजर साबित हो सकती है, और यह बड़े पैमाने पर कम उत्सर्जन वाले कंक्रीट के उत्पादन का मार्ग प्रशस्त कर सकती है।
सीआरएच ने अन्य डीकार्बोनाइजेशन और स्थिरता स्टार्टअप में भी निवेश किया है:
- €23.7 मिलियन में कूल प्लैनेट टेक्नोलॉजीज, उन उद्योगों के लिए कार्बन कैप्चर समाधान विकसित करना, जिन्हें पारंपरिक रूप से डीकार्बोनाइज करना कठिन रहा है।
- सीआरएच और अन्य निवेशकों द्वारा $34.7 मिलियन कार्बन अपसाइक्लिंग प्रौद्योगिकियांएक पूर्णतः विद्युत आधारित खनिजकरण समाधान का उपयोग करके, सीमेंट, प्लास्टिक, उपभोक्ता उत्पाद, उर्वरक और फार्मास्यूटिकल्स जैसे औद्योगिक उप-उत्पादों और खनिजों में CO₂ को स्थायी रूप से संग्रहित किया जाता है।
- एआईक्रेटयह एक 'रेसिपी-एज़-ए-सर्विस' प्लेटफॉर्म है जो स्थानीय कंक्रीट उत्पादकों के साथ काम करता है, स्थानीय सामग्रियों को अनुकूलित करता है और एआई विश्लेषण का उपयोग करके उपयोग किए जाने वाले सीमेंट की मात्रा को कम करता है, जिससे CO₂ पदचिह्न और कंक्रीट उत्पादन की लागत दोनों में कमी आती है।
- FIDO AI की सीरीज बी फंडिंग एक स्टार्टअप है जो पानी की खपत को कम करने और पानी की बचत बढ़ाने के लिए AI का उपयोग कर रहा है।
अन्त में, सीआरएच भी निवेश कर रहा है 3डी कंक्रीट प्रिंटिंग (3डीसीपी) पूज्य गुरुदेव के मार्गदर्शन से संपन्न कर सकते हैं - इसकी सहायक कंपनी अमेरिमिक्स.
कुल मिलाकर, सीआरएच कंक्रीट और निर्माण उद्योग में एक लाभदायक अग्रणी कंपनी है और उद्योग के डीकार्बोनाइजेशन के लिए सक्रिय रूप से तैयारी कर रही है, मौजूदा सुविधाओं में प्रत्यक्ष रूप से और डीकार्बोनाइजेशन और 3डी प्रिंटिंग सहित सीमेंट और कंक्रीट उत्पादन प्रौद्योगिकी की अगली पीढ़ी का निर्माण करने वाले नवोन्मेषी स्टार्टअप्स को पूंजी का एक प्रमुख प्रदाता बनकर।
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संदर्भित अध्ययन
1. निकोलस ए. गोंसाल्वेस एट अल. बायोबेस्ड एडिटिव्स के साथ रैपिड-सेट क्ले कंक्रीट का उपयोग करके टिकाऊ बुनियादी ढांचे की 3डी प्रिंटिंग। एडवांस्ड कम्पोजिट्स एंड हाइब्रिड मैटेरियल्स। वॉल्यूम 8. 01 अक्टूबर 2025। https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
