कंक्रीट को बदलने के लिए तेज़ सूखने वाला 3डी प्रिंटेड क्ले-हेम्प पॉलिमर

कंक्रीट की पर्यावरणीय सीमाएँ: रेत का उपयोग और CO₂ उत्सर्जन

पिछले कुछ दशकों में कंक्रीट निर्माण में मुख्य सामग्री बन गया है, विशेष रूप से घनी शहरी वातावरण में। इसकी कम लागत, उपयोग में आसानता और स्केलेबिलिटी के कारण यह धीरे-धीरे ईंट, पत्थर और लकड़ी को बदल रहा है।

लेकिन इसमें समस्याएँ भी हैं।

पहले, संसाधन खपत के मामले में यह एक सतत उत्पाद नहीं है। यह अत्यधिक मात्रा में रेत का उपयोग करता है, इतना कि रिपोर्टें संकेत देती हैं दुनिया “रेत की कमी” की ओर बढ़ रही है।

स्रोत: Visual Capitalist

सीमेंट का उत्पादन भी बहुत ऊर्जा-गहन गतिविधि है। यह लगभग पूरी तरह से जीवाश्म ईंधनों द्वारा संचालित होता है, जिससे सीमेंट उत्पादन विश्व के CO₂ उत्सर्जन का 8% जिम्मेदार है।

यह कारों और वैनों के उत्सर्जन के बराबर है, जो वैश्विक उत्सर्जन का 10% जिम्मेदार हैं. परिणामस्वरूप, कंक्रीट को अधिक सतत बनाना उतना ही प्रभावशाली होगा जितना कि दुनिया की सभी कारों को इलेक्ट्रिक वाहनों में बदलना और उन्हें केवल हरित ऊर्जा से चलाना।

क्ले-हेम्प 3D प्रिंटिंग कैसे कम-कार्बन कंक्रीट विकल्प बनाती है

परम्परागत कंक्रीट के लिए अधिक पर्यावरणीय विकल्पों की खोज के साथ, घरों के निर्माण के लिए 3D प्रिंटिंग सिद्धांतों का उपयोग करने का विचार उभरा।

ईंट बिछाने जैसी श्रम-गहन विधियों के बजाय, एक स्वचालित 3D प्रिंटिंग मशीन दीवारों को जल्दी से असेंबल कर सकती है।

हालाँकि, दीवारों को प्रिंट करने से कंक्रीट के लिए आवश्यक लंबी क्योरिंग समय समाप्त नहीं होता; संरचना को पूरी शक्ति प्राप्त करने के लिए अभी भी 28 दिनों की प्रतीक्षा अवधि रहती है।

Oregon State University के शोधकर्ताओं ने अब एक कंक्रीट विकल्प विकसित किया है जो काफी कम कार्बन-गहन है और 3D प्रिंटिंग तकनीक के साथ संगत बना रहता है।

उन्होंने अपने परिणाम Advanced Composites and Hybrid Materials¹ में प्रकाशित किए, शीर्षक “बायो-आधारित एडिटिव्स के साथ तेज़ सेट क्ले कंक्रीट का उपयोग करके सतत बुनियादी ढांचा 3D प्रिंटिंग।”

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क्ले-हेम्प पॉलिमर के भीतर: RICFP और बायो-आधारित एग्रीगेट

सीमेंट आमतौर पर कैल्शियम, सिलिकॉन, एल्यूमीनियम और आयरन से बना होता है, जिन्हें अंततः भट्टी में गर्म किया जाता है और बारीक पाउडर में पीसा जाता है।

इसके बजाय, शोधकर्ताओं ने एक 3D-प्रिंटेबल, मिट्टी-आधारित निर्माण सामग्री विकसित की, जो रेडिकल-इंड्यूस्ड कैटायनिक फ्रंटल पॉलिमराइज़ेशन (RICFP) नामक विधि का उपयोग करती है।

यह तीन प्रमुख रासायनिक घटकों पर निर्भर करता है:

• एक मोनोमर जो मुक्त रेडिकल की उपस्थिति में पॉलिमराइज़ होता है।
• एक क्रॉसलिंकर जो पॉलिमर स्ट्रैंड्स को आपस में जोड़ता है।
• एक इनिशिएटर जो उच्च तापमान पर आवश्यक मुक्त रेडिकल्स जारी करता है जिससे पॉलिमराइज़ेशन शुरू हो सके।

शोधकर्ताओं ने RICFP बाइंडर को क्ले एग्रीगेट, रेत, बायोचार और हेम्प फाइबर के साथ मिलाकर संपीडन शक्ति, इन्सुलेशन और स्थिरता को बढ़ाया। इसके लिए एक बाइंडर जोड़ा गया, जो एक्रिलामाइड (ACR) मोनोमर, मेथिलीनबिसएक्रिलामाइड (MBA) क्रॉस-लिंकर और अमोनियम पर्सल्फेट (APS) से बना था।

कुल मिलाकर, यह वजन के अनुसार 70–80% बायो-आधारित सामग्री का उपयोग करने में सफल रहा।

स्रोत: Advanced Composites and Hybrid Materials

परम्परागत कंक्रीट से बेहतर शक्ति और तेज़ क्योरिंग

कंक्रीट की तुलना में इस सामग्री का मुख्य सुधार उच्च शक्ति है, विशेष रूप से 3D प्रिंटिंग के तुरंत बाद।

3 मेगापास्कल (MPa) की निर्माण योग्य शक्ति के साथ, यह बहु-परत दीवारों और छत जैसी स्वतंत्र ओवरहैंग्स के निर्माण को सक्षम बनाता है।

यह शक्ति समय के साथ बढ़ती है, जिससे एक बहुत ठोस अंतिम भवन बनता है।

“यह केवल तीन दिनों में 17 मेगापास्कल से अधिक शक्ति प्राप्त करता है, जो आवासीय संरचनात्मक कंक्रीट की आवश्यक शक्ति है, जबकि परम्परागत सीमेंट-आधारित कंक्रीट को 28 दिन तक लगते हैं।” Devin Roach – OSU कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग, मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर

एक और लाभ क्योरिंग समय है: यह सामग्री केवल तीन दिनों में आवासीय संरचनात्मक कंक्रीट के लिए आवश्यक 17 MPa शक्ति तक पहुँचती है। यह दो सप्ताह से कम समय में पूरी तरह सेट हो जाती है—जबकि परम्परागत सीमेंट-आधारित कंक्रीट को लगभग 28 दिन लगते हैं।

शोधकर्ताओं ने विभिन्न 3D प्रिंटिंग निर्माण विधियों का भी परीक्षण किया। उन्होंने दिखाया कि उच्च शक्ति और तेज़ पॉलिमराइज़ेशन नई मिश्रण को बिना आधार संरचना के प्रिंट करने में सक्षम बनाते हैं।

स्रोत: Advanced Composites and Hybrid Materials

यह नई विधि सामान्य आकार के दरवाज़े और खिड़कियों को प्रिंट करने के लिए भी उपयोग की जा सकती है, ऐसी विशेषताएँ जो आमतौर पर कंक्रीट 3D प्रिंटिंग में अतिरिक्त सामग्री या विशेष विधियों की आवश्यकता होती है।

“सामग्री की बिना समर्थन के स्वतंत्र संरचना प्रिंट करने की क्षमता, जिसमें फ्रंटली पॉलिमराइज़िंग कंक्रीट के साथ प्रिंट करने की विभिन्न और अनूठी क्षमताएँ शामिल हैं।”

भविष्य की इमारतों के लिए क्ले-हेम्प 3D प्रिंटिंग का क्या अर्थ हो सकता है

जबकि 3D-प्रिंटेड घरों और निर्माण सामग्री ने शुरू में कंक्रीट का उपयोग किया, यह संभावना है कि यह नई निर्माण विधि नए सामग्री से लाभान्वित होगी।

वर्तमान में, क्योंकि यह अभी भी प्रयोगात्मक चरण में है, क्ले-हेम्प-बायोचार-आधारित सामग्री कंक्रीट से अधिक महंगी है।

लेकिन 3D प्रिंटिंग की दक्षताओं के कारण आगे सुधार और निर्माण लागत में कमी अंततः इसे पारम्परिक सामग्री के बराबर लाएगी।

इसके अलावा, बेहतर कार्बन फुटप्रिंट एक निर्णायक कारक हो सकता है यदि कार्बन टैक्स कंक्रीट की लागत पर भारी प्रभाव डालना शुरू कर दे।

सीमेंट उत्पादन में निवेश

CRH: एक सतत सीमेंट नेता और डिकार्बोनाइजेशन प्ले

सीमेंट उत्पादन में विश्व के नेताओं में से एक होने के नाते, CRH सीमेंट निर्माण को अधिक सतत उद्योग में बदलने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा। यह संयुक्त राज्य और यूरोपीय बाजारों दोनों में प्रदान किए गए कुल निर्माण सामग्री के आयतन में #1 स्थान पर है।

कंपनी 28 देशों और 3,390 स्थानों में सक्रिय है, 78,500 लोगों को रोजगार देती है, और CRH Americas ने 2023 की वैश्विक बिक्री का 65% हिस्सा बनाया।

CRH पश्चिमी सरकारों द्वारा बुनियादी ढांचे पर मजबूत खर्च की उम्मीद करता है जो उसके व्यवसाय को बढ़ाने में मदद करेगा। पुनः-औद्योगिकीकरण और हाई-टेक निर्माण को देश में लाने के रुझान भी मदद करेंगे।

स्रोत: CRH

CRH ने कई पहलों के साथ स्थिरता में गंभीर प्रगति की है:

• यह उत्तर अमेरिका में सबसे बड़ा रीसायकलर है, 2023 में अन्य उद्योगों से 43.9 मिलियन टन कचरा और उप-उत्पाद रीसायकल किए गए।
• इसने 2023 में अपने सीमेंट प्लांटों में 36% वैकल्पिक ईंधन उपयोग करने के कारण अपने CO₂ उत्सर्जन को 8% कम किया।
• यह 2030 तक उत्सर्जन को 30% कम करने का लक्ष्य रखता है (2021 के उत्सर्जन की तुलना में)।

यह स्वयं में प्रशंसनीय है, लेकिन कंक्रीट उद्योग के कार्बन उत्सर्जन को देखते हुए इसे बहुत देर से, बहुत कम माना जा सकता है।

सौभाग्य से, CRH इस क्षेत्र में अधिक मूलभूत बदलावों का भी प्रेरक है। विशेष रूप से, इसने यूरोपीय कंक्रीट दिग्गज Holcim के साथ मिलकर कम-कार्बन सीमेंट कंपनी Sublime में $75M निवेश किया है।

Sublime Systems 2020 में MIT से निकाली गई थी ताकि इलेक्ट्रोलाइज़र का उपयोग करके पर्यावरणीय तापमान पर सीमेंट उत्पादन किया जा सके, जिससे ऊर्जा और जीवाश्म ईंधन-गहन भट्टीयों को बदल दिया जाए। यह कैल्शियम स्रोतों को इनपुट सामग्री के रूप में उपयोग करने में भी सक्षम बनाता है, जिससे चूना पत्थर इनपुट से CO₂ रिलीज़ से बचा जा सके।

Sublime की पहली व्यावसायिक सुविधा Holyoke में 2026 में जल्द ही खुलने की उम्मीद है। यदि सफल सिद्ध होती है, तो यह सीमेंट उद्योग के लिए वास्तविक गेम-चेंजर हो सकती है, और यह स्केलेबल कम-उत्सर्जन कंक्रीट का मार्ग खोल सकती है।

CRH ने अन्य डिकार्बोनाइजेशन और स्थिरता स्टार्टअप्स में भी निवेश किया:

• €23.7 मिलियन Cool Planet Technologies में, जो परम्परागत रूप से डिकार्बोनाइजेशन में कठिन उद्योगों के लिए कार्बन कैप्चर समाधान विकसित कर रही है।
• $34.7M CRH और अन्य निवेशकों द्वारा Carbon Upcycling Technologies में, जो एक पूरी तरह इलेक्ट्रिक खनिजीकरण समाधान का उपयोग करके सीमेंट, प्लास्टिक, उपभोक्ता उत्पाद, उर्वरक और फार्मास्यूटिकल्स जैसे औद्योगिक उप-उत्पादों और खनिजों में CO₂ को स्थायी रूप से संग्रहीत करता है।
• AICrete, एक ‘रेसिपी-एज़-ए-सर्विस’ प्लेटफ़ॉर्म जो स्थानीय कंक्रीट निर्माताओं के साथ काम करता है, AI विश्लेषणों का उपयोग करके स्थानीय सामग्री को अनुकूलित करता है और उपयोग किए जाने वाले सीमेंट की मात्रा को कम करता है, जिससे CO₂ फुटप्रिंट और कंक्रीट उत्पादन लागत दोनों घटते हैं।
• FIDO AI की सीरीज़ B फंडिंग एक स्टार्टअप है जो AI का उपयोग करके जल खपत को कम करता है और जल बचत बढ़ाता है।

अंत में, CRH भी 3D कंक्रीट प्रिंटिंग (3DCP) में निवेश कर रहा है अपने सहायक कंपनी Amerimix के माध्यम से।

समग्र रूप से, CRH कंक्रीट और निर्माण उद्योग में एक लाभदायक नेता है और उद्योग के डिकार्बोनाइजेशन के लिए बहुत सक्रिय रूप से तैयारी कर रहा है, चाहे वह मौजूदा सुविधाओं में सीधे हो या अगली पीढ़ी के सीमेंट और कंक्रीट उत्पादन तकनीक, जिसमें डिकार्बोनाइजेशन और 3D प्रिंटिंग शामिल हैं, बनाने वाले नवाचारी स्टार्टअप्स को पूंजी प्रदान करने में प्रमुख प्रदाता बनना।

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संदर्भित अध्ययन

^{1. Nicolas A. Gonsalves et al,. सतत बुनियादी ढांचा के लिए बायो-आधारित एडिटिव्स के साथ तेज़ सेट क्ले कंक्रीट का उपयोग करके 3D प्रिंटिंग। Advanced Composites and Hybrid Materials। खंड 8। 01 अक्टूबर 2025। https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1}