Kan 3D-utskrevet betong redde miljøet?

Betong er overalt tilstede rundt oss. Fra hus, kontorer og skolebygninger til butikker, dammer, broer, fortauer og veier, hjelper betong med å bygge strukturer som vi bruker hver dag. 

Det er ikke et nytt materiale på noen måte. Faktisk dateres de tidligste opptegnelsene av betongstrukturer tilbake til 6500 f.Kr. i regionene Syria og Jordan. Så, naturligvis, har vi romerne som brukte betong omfattende i sin konstruksjon. Og nå, etter århundrer, står mange av disse strukturene fortsatt tall. 

Over årene har bruken av betong bare økt, med det globale betongmarkedet på $687,2 milliarder i 2021. Det ventes å øke til $821,6 milliarder i 2026, og demonstrerer rollen betong spiller i våre liv. 

Dette utvidelsen drives av veksten i byggeindustrien samt den økende investeringen i nye byggeprosjekter over hele verden. Økonomisk vekst og rask urbanisering bidrar også til den økende etterspørselen etter boliger og kommersielle komplekser over hele verden. Ettersom byene vokser, øker også behovet for infrastruktur og, med det, behovet for betong. 

Mens vi vet at det er en kontinuerlig etterspørsel etter sement, og det har vært i århundrer, hvorfor er det så populært i første omgang? Og er det alt godt? Vel, la oss finne ut! 

Betong: Den farlige nødvendigheten i verden

Før vi forstår hva som gjør betong så verdifull, la oss se hva det egentlig er. Det er en blanding av sement (eller lim), vann og aggregater, som er en samling av naturlige eller kunstige partikler som sand, grus eller knust stein. 

Her er sementen, som er en produsert blanding av kalsium, jern, silisium og aluminium, blant andre ingredienser, det bindende materialet som gir betong herdingsegenskaper, mens vann aktiverer sementen for å danne et tett materiale. 

Hva gjør dette komposittmaterialet så verdifullt er egenskapene, inkludert formbarhet – evnen til å forme fersk blandet betong til nesten enhver form – og holdbarhet – som betyr at det kan vare i mange år. Dette billige materialet kan videre tilpasses for å møte forskjellige byggebehov. 

Andre attraktive egenskaper ved betong inkluderer enkelheten i bruk, styrken og evnen til å motstå ikke bare tunge laster og kompresjon, men også harde værforhold og naturkatastrofer som jordskjelv og orkaner. 

Så er det betongens evne til å beholde varme, brannsikker og enkel å reparere hvis noen skader oppstår. Alle disse egenskapene gjør sement til et svært verdifullt produkt, som fører til en økning i bruken. 

Når det kommer til betongens bruksområder, har den forskjellige anvendelser i byggeindustrien. Betong er faktisk det mest brukte byggematerialet i verden etter vann. Det brukes til å bygge dammer, broer, motorveier, flyplasser, veier, kanaler, reservoarer og vegdekk, samt boliger, kommersielle komplekser og andre bærende strukturer. 

For å si det enkelt, er betong et grunnleggende materiale i bygging, som spiller en avgjørende rolle i å forme infrastrukturen rundt oss. 

Men det er ikke slik at betong bare har fordeler å tilby. Faktisk er det ekstremt farlig. 

For å begynne med, er sementen ansvarlig for 1,6 milliarder metriske tonn karbondioksid (CO2), som tilsvarer om lag 8% av de globale CO2-utslippene. Og den omfattende avhengigheten av byggeindustrien av sement forverrer dens enorme karbonavtrykk. 

I mellomtiden er produksjonen av vanlig portlandsement (OPC) ansvarlig for 5% til 8% av de globale antropogene CO2-utslippene. Når dette ekstrapoleres for alle byggeaktiviteter, viser den siste forskningen en alarmerende bilde, med nesten 40% av energirelaterte CO2-utslipp komme fra denne sektoren, som forbruker 36% av verdens sluttfase-energi. 

Dette er ekstremt bekymringsverdig fordi CO2-utslipp ventes å nå et rekordhøyt nivå på 37,41 GtCO2. CO2-utslipp er også den primære årsaken til global oppvarming, og ifølge IPCC, ventes global oppvarming i dens nåværende takt å nå 1,5 °C over pre-industrielle nivåer mellom 2030 og 2052. 

Gitt miljømessige konsekvenser av betong, mens dens årlige forbruksrate utgjør 30 milliarder tonn og ventes å stige uavbrutt, er det viktig at alle, fra innovatører til organisasjoner og regjeringer, møter denne utfordringen head-on. 

Fremme bygging med 3D-utskriving 

Betong, som vi noterte ovenfor, er et nødvendig onde fordi mens det har noen gode fordeler og er avgjørende for sivilisasjonen, er det virkelig skadelig for planeten, som allerede sliter med skogrydding, klimaendringer, tap av biologisk mangfold og mye mer. 

Legg til betong i blandingen, og ting vil bare bli verre.  Men hva hvis det finnes en måte å møte de skadelige effektene av dette populære byggematerialet? 

Vel, for det første er betongen i ferd med å utvikle seg for å møte de komplekse og avanserte behovene i verden. Som vi tidligere delte, er avanserte materialer som grafen og hamp i økende grad brukt i byggematerialer. Selv karbonfri sement produseres ved å erstatte kalkstein eller bruke fossilbrent kalkstein. 

Det er en annen løsning, og det er 3D-utskriving. Det er rett! Den samme metoden som brukes til å lage kunst, møbler og andre forbrukerprodukter, samt rettsmedisin, proteser og kirurgi, endrer også spilleregler for bygging. 

3D-utskriving eller additiv produksjon, som innebærer å lage tredimensjonale objekter fra en digital fil ved å legge ned lag av materiale, har fått mye oppmerksomhet takket være fordeler som rask prototyping, tilpasning, kostnadsbesparelse, reduksjon av materialet avfall, fremmende innovasjon og bærekraft. 

Denne teknologien brukes nå i bygging, som ikke er noe nytt i seg selv, ettersom 3D-utskriving først ble brukt i bygging mange tiår siden. Men bruken av 3D-utskriving har økt betydelig de siste årene for å akselerere prosessen betydelig, optimalisere materialet, utforske intrikate designs og tilpassede strukturer, fasilitere fjernbygging og forbedre sikkerheten. 

De multifacette fordeler av 3D-utskriving inkluderer også kortere forsyningskjeder på grunn av bygging på stedet og en betydelig reduksjon i arbeidsulykkene på grunn av redusert behov for manuelt arbeid i høyrisikofylt operasjoner. 

I år så vi faktisk verdens største 3D-utskrevne nabolag i Texas nær fullført etter å ha vært to år i bygging. 3D-utskrevet byggeselskap ICON står bak dette prosjektet. 

Et privat selskap, ICON trykker ikke bare boliger, men er også involvert i forsvar og utenverdenbygging. Mindre enn ett tiår siden, samlet ICON inn totalt $451 millioner, som har økt verdien til om lag $2 milliarder. Selskapet er faktisk kontrahert av NASA til å bygge landingsskinner, ly og andre strukturer på månen som en del av byråets Artemis måneutforskningsprogram.

I 2018 bygde de det første tillatte 350 kvadratfot store 3D-utskrevne hjem i USA, som bare tok to dager. Huset ble bygget med betong fordi, som ICO-sjef Jason Ballard uttalte:

“Det er ett av de mest motstandsdyktige materialene på jorden.”

For sin Texas-samfunnet, bruker selskapet sitt Vulcan-utskriver, som er veldig lik en vanlig skrivebords 3D-utskriver, og rører lag for lag. Forskjellen med denne Vulcan-utskriveren er at den er 45 fot bred og veier 4,75 tonn. 

Så langt som prosessen er, blandes betongpulver med sand, vann og andre tilsetningsstoffer og deretter pumpes det inn i utskriveren. Betongblandingen sprenger ut av en dysse på en børste, som bygger opp lag for lag etter en forhåndsprogrammert bane. 

Den robotiske utskriveren har bygget 100 3D-utskrevne hus i det som selskapet sier er verdens største 3D-utskrevne samfunn. Med 3D-utskriving som er raskere, mindre dyrt, minimérer bygge materialet avfall og krever færre arbeidere, bringer det “mye effisiens til markedet”, ifølge selskapet. 

Dette er bare begynnelsen, som er tydelig fra veksten 3D-utskriving markedet ventes å se. Verdi til $5,5 milliarder i fjor, ventes det globale 3D-utskriving markedet å vokse med en årlig tilvækst på 105,8% til å nå en overveldende $3,3 billioner i 2032. 

Disse tallene kan synes overveldende på første hånd, men som vi delte i vår forrige artikkel, kan 3D-utskriving være en potensiell løsning på det alvorlige problemet med boligmangel, noe som gjør det trilliondollart målet til en real mulighet. 

Gitt det enorme interesse for 3D-utskriving bygging, er det også viktig å utnytte denne teknologien til å endre bygge markedet til det bedre. Og det er nettopp hva forskerne fra Nanyang Technological University (NTU) i Singapore gjør. 

Forskerne gikk enda et skritt lenger eller dypere ved å 3D-utskrive betongen selv. For dette, har de utviklet en 3D-betongutskrivningsmetode som fanger karbon, og viser en ny måte å redusere miljøpåvirkningen av byggeindustrien på. 

Klikk her for å lære om 3D-utskriving kan hjelpe oss å møte boligmangelen.

3D-utskriving av betong som fanger CO2

Tidligere denne måneden, publiserte NTU-forskerne sin forskning på “Karbonfangst og lagring med in-situ CO2 og damp-integret 3D-betongutskriving”. 

Forskningen detaljerte den innovative metoden som har til hensikt å redusere karbonavtrykket av sement betydelig ved å kutte ned materialet, arbeidskraftsbehov og byggetid. 

Det er også foreslått at bærekraftig utvikling gjennom 3D-betongutskriving kan legge til opptil 5% reduksjon i global energiforbruk. Disse miljømessige fordeler er potensielt likeverdige med dens evne til å strømlinje byggeprosesser. 

Men å blande CO2 i betong, som den siste studien gjør, har vært gjort før med mål om å forbedre kvaliteten på materialet og hjelpe med å bringe ned sementens negative miljøpåvirkning. 

Tidlige studier har allerede vist forbedringer i de mekaniske egenskapene til betong gjennom direkte batch-blanding med CO2 og eksponering av betong for CO2 under produksjon i karboniseringskammer på grunn av dannelse av en “karboniserings-skall”. 

Tidligere studier har rapportert en nesten 15 ganger økning i penetreringsmotstand og opptil 1,16% karbonabsorpsjon i bare en halv time med å blande mørtel med CO2. Justering av akselerert karbonisering kurving (ACC) viste en 1,98–25,5% karbonabsorpsjon. 

Mens forskning på 3D-betongutskriving hovedsakelig har fokusert på å designe grønne sementblandinger for å redusere dens karbonavtrykk, noterte den siste studien at noen har vurdert å fremme prosessteknologier, særlig for å forbedre bulk karbonfangst og lagringskapasitet (CCS). 

Studier om karbonisering av sementblandinger, særlig den minimale fokuseringen på dybder, noterte forskerne, er hvorfor deres skalaerte implementering våkner gyldighetsbekymringer. Ikke å nevne, kammer-begrensede CCS-løsninger møter begrensninger i forhold til maskinvare og energiforbruk når de brukes med 3DCP. Som følge av dette er fordeler av skalerbar, automatisert og på stedet bygging kompromittert. 

Dette skaper et behov for å utvikle en kunstig karboniseringsprosess for 3D-betongutskriving som går utenfor tradisjonelle kuringsmetoder. 

Som følge av dette utviklet NTU-forskerne en ny prosess for å studere dens effikasitet i å fange karbondioksid. 

Den nylig utviklede teknologien innebærer et to-trinns ekstrusjonssystem. Det første trinnet er å injisere CO2 og damp i betongblandingen. Blandingen inkorporerer og lagrer CO2 i betongstrukturen. CO2 og damp i spørsmålet er fanget som biprodukter av industrielle prosesser. 

Denne nye tilnærmingen viste en økning på 38,2% i bulk karbonopptak, og tilbyr enda en måte å oppnå dekarbonisert bygging gjennom 3D-utskriving av betong. 

Designet av den proprietære utskriverhode, som muliggjør regulert injeksjon av gassformige og flytende tilsetningsstoffer, søker å møte det kritiske spørsmålet om miljømessig bærekraft bekymringer med automatisert bygging. Det er også en mangel på tilgjengelige CCS-løsninger som er kompatible med 3D-betongutskriving. 

Ikke bare reduserer den nye måten sementens karbonavtrykk, men den har også vist seg å forbedre de mekaniske egenskapene til betongen. Dette, igjen, tilbyr stor styrke til strukturen i sammenligning med tradisjonell 3D-utskrevet betong. 

Ifølge forskningsrapporten, resulterte CO2- og damp-integrasjonen i en økning på opptil 50% i 3D-utskrivbarhet, 45,3% i bøyestyrke og 36,8% i kompresjonstyrke. 

Forskerne konkluderte med at prøvene som var eksponert for CO2-damp-integret utskriving og åpen luft-kuring fikk den høyeste karbonopptaket. Ifølge forskerne: 

“Den presenterte løsningen tilbyr en løftende vei mot dekarbonisert bygging samtidig som den utvider gyldige alternativer for CCS utover tradisjonelle innesluttende kuringsmetoder.”

Teamet pekte også på optimalisering av utskrivingkonfigurasjoner, blandingsdesign og injeksjon av røkgasser for å redusere ren CO2-feedstock-avfall som mulige områder for fremtidig forskning. 

Investerbart selskap i 3D-utskriving rommet

Nå, la oss se på et børsnotert selskap involvert i 3D-utskriving markedet, som ventes å være verdt $17,5 milliarder i 2024 og ventes å vokse med en årlig tilvækst på 16,4% til $37,4 milliarder de neste fem årene, som er med å fremme fremgang i sektoren og hjelpe med å endre verden til det bedre. 

1. Stratasys Ltd. (SSYS )

Stratasys er et kjent navn i 3D-utskriving rommet, og tilbyr løsninger over flere sektorer. Teknologier fra selskapet har bidratt til fremgang i 3D-utskriving feltet. 

Med en markedskapitalisering på $689,5 millioner, har Stratasys aksjer som for øyeblikket handles til $9,66, ned 32,35% i år. Selskapet har en EPS (TTM) på -1,32 og en P/E (TTM) på -7,30. 

For Q3 i 2024, rapporterte Stratasys en omsetning på $140,0 millioner, opp fra $162,1 millioner registrert i samme kvartal i fjor. Med disse tallene, har selskapets gjentakende forbruk omsetning sett år-til-år vekst i åtte kvartaler på rad nå, som det påstår “reflekterer fortsatt sterk utskriverutnytting”. 

Veksten av Stratasys’ GAAP brutto margin forbedret til 44,8%, mens selskapets GAAP netto tap kom inn på $26,6 millioner, og non-GAAP netto inntekt begynte å oppnå lønnsomhet. $4,5 millioner i kontanter ble rapportert å være brukt i operasjoner, og YTDs driftskapital flyt er fortsatt positiv. 

Med disse sterke tallene, økte Stratasys sin utsikt for hele året 2024. Ifølge dette; det rapporterte $580 millioner i omsetning av $570 millioner, Non-GAAP netto inntekt på $5 millioner, og kapitalutgifter på $20 millioner. 

“Vi har suksessfullt begynt å transformere selskapet gjennom kostnadsoptimalisering og ved å fokusere på høyere vekstmuligheter.”

– CEO Dr. Yoav Zeif sa på den tiden

Han noterte også at selskapets hoved F3300-plattform får mye oppmerksomhet mens det fortsetter å utvide seg inn i sine hovedmålsektorer, inkludert helse, bil og luftfart. 

Ifølge Dr. Zeif, vil selskapets omstrukturering plan gi $40 millioner i årlige kostnadsbesparelser fra neste år.

“Vi er godt posisjonert for å levere økt omsetningsvekst, lønnsomhet og kontantstrøm i 2025, for å møte den opphopede etterspørselen når markedet forbedrer seg.”

– Dr. Zeif

Klikk her for å lære alt om å investere i Stratasys Ltd.

Konklusjon

Betong har vært en hjørnesten i menneskelig utvikling i århundrer, men det er ikke uten sine farer. Miljøpåvirkningen av betong blir en alvorlig bekymring, og det er nødvendig å finne bedre løsninger. Den siste teknologien fra NTU-forskerne er en slik utvikling som går i riktig retning. Ved å utnytte additiv produksjonsprinsipper, har 3D-betongutskriving omdefinert tradisjonelle operasjoner og fremmet bærekraft. 

Ettersom verden sliter med urban utvidelse og klimaendringer, kan innovasjoner som 3D-betongutskriving hjelpe verden å møte de voksende og komplekse behovene i bygging samtidig som den reduserer sine skadelige effekter. Og selv om det fortsatt er utfordringer i skala og standardisering, vil teknologien over tid, når den forbedres og blir mer utbredt, kunne spille en nøkkelrolle i å forme morgendagens infrastruktur. 

Klikk her for en liste over de beste additivt fremstilte og 3D-utskrevne aksjer.