Наука о материалах
Переоценка существующих конструкционных материалов и процессов через современную призму
На протяжении тысячелетий строительные материалы, такие как бетон, позволяли людям создавать долговечные шедевры архитектуры; просто посмотрите на Древний Рим для примера. Хотя можно подумать, что за это время мы узнали бы все, что нужно знать о таких строительных материалах, их повторная оценка через современную призму позволила компаниям, смотрящим в будущее, дать им новое назначение и улучшить древние. рецепты.
Материалы и процессы
Как уже упоминалось, Древний Рим является прекрасным примером того, чего можно достичь с помощью бетона. Однако до недавнего времени ученые были озадачены тем, как структуры, построенные более 2000 лет назад, все еще находятся в таком хорошем состоянии. Теперь мы знаем, что ответ все это время был впереди и в центре – лайм.
Всегда считалось, что присутствие извести в римском бетоне является результатом некачественного/плохого смешивания. Как выяснилось, полученная известковая крошка имеет важное назначение: при введении в бетон определенным образом она позволяет конечному продукту самозаживлять трещины; что подводит нас к нашему первому современному взгляду на древний строительный материал – самовосстанавливающийся бетон.
Самовосстанавливающийся бетон
Бетон представляет собой просто смесь мелкого и грубого субстрата, смешанного и скрепленного отвердителем. Рецепт приготовления бетона менялся со временем и по всему миру в зависимости от окружающей среды. Помня об этом, ученые начали исследовать и опробовать новые рецепты/подходы к созданию итерации, рассчитанной на будущее. Одним из примеров этого является Университет Колорадо, где ученые развитый потенциальную замену бетону, которую они называют «Живые строительные материалы» (ЖСМ), созданные путем использования «Фотосинтезирующие микроорганизмы для биоминерализации инертных песчано-желатиновых каркасов».
Многообещающе то, что эти LBM продемонстрировали способность не только к самовоспроизведению и самовосстановлению, но и могут быть изготовлены из отходов. Не менее важна их способность улавливать углерод. Помимо прочности и долговечности, есть еще одна главная причина, по которой на разработку новых рецептов футуристического бетона тратится время – это окружающая среда.
Производственный процесс изготовления бетона выделяет большое количество CO.2. Поскольку это второй наиболее используемый продукт на Земле, это приводит к огромному количеству (8% от общего количества CO).2) выбросы. Если мы потенциально сможем создавать итерации бетона, которые действительно помогут окружающей среде, а не нанесут ей вред, тогда этот путь стоит изучить.
Помимо текущих исследований в лабораториях, такие стартапы, как Биомасон уже предлагают продукты, созданные на основе аналогичных подходов, которые используют биологию как средство минимизации воздействия цементной промышленности на окружающую среду. На сегодняшний день эта компания уже привлекла около 95 миллионов долларов финансирования в ходе нескольких раундов от таких инвесторов, как Novo Holdings, Celesta Capital и других.
Конопляная арматура
Арматура – чрезвычайно важный материал, используемый при строительстве из бетона. Арматура, обычно изготовленная из стали, обеспечивает структурную поддержку бетонных зданий и увеличивает срок службы. Однако, как уже говорилось ранее, работа с бетоном обычно означает большой выброс CO.2 выбросы. Что, если бы существовал способ создания арматуры, который помог бы решить эту проблему, не жертвуя при этом положительными сторонами стали? Введите конопляную арматуру.
Арматура из конопли не только увеличивает срок службы бетона, она может быть дешевле, прочнее и легче стали, оставаясь при этом не подверженной коррозии; Все важные соображения, так как обрушение многих зданий связано с тяжелой и проржавевшей стальной арматурой. Он также известен как углеродно-отрицательный биоматериал: растущие поля поглощают огромное количество CO.2. При использовании в таких приложениях, как изготовление арматуры, продукт в течение своего жизненного цикла может противодействовать выбросам CO.2 выбросы, связанные с использованием бетона.
Кирпичи для хранения энергии
Бетон — не единственный строительный материал, переживающий футуристическое обновление. Сейчас разрабатываются технологии превращения обычных и переработанных кирпичей в суперконденсаторы. Это означает, что в ближайшем будущем кирпичи, используемые для облицовки дома или в качестве тротуара, могут стать решением для хранения энергии. Просто подключите кирпичи к источнику энергии (например, солнечным панелям), и их можно будет заряжать, чтобы обеспечить электроэнергией в ночное время. Однако следует отметить, что на данном этапе технологии ещё предстоит пройти долгий путь развития, прежде чем это станет возможным. В настоящее время исследователи указывают, что ёмкости примерно 50 кирпичей хватит для аварийного освещения лишь на 5 часов.
Чтобы добиться этого, исследователи считается присущую кирпичам структуру, отметив, что они достаточно пористые. Чтобы превратить их в суперконденсаторы, кирпичи покрыли/ввели в них PEDOT (проводящий полимер), который, по сути, превратил кирпичи в энергетическую губку.
Это те решения, которые в сочетании с постоянным и согласованным стремлением к устойчивая энергетика, позволит людям обратить вспять ущерб, нанесенный Земле, и обеспечить более зеленое будущее.
Производство добавок
Глядя в будущее строительства, можно сказать, что это нечто большее, чем просто используемые материалы. Есть также процессы, которые следует учитывать. Имея это в виду, одним из наиболее многообещающих и потенциально меняющих правила игры шагов вперед, призванных изменить способ нашего строительства, является аддитивное производство, также известное как «3D-печать».
ICON является особенно заметной компанией, поскольку ее продукты/услуги — это больше, чем просто идея с высоким потенциалом; они уже приведены в действие. Например, в Джорджтауне, штат Техас, уже строится сообщество из 100 домов, состоящих из домов, напечатанных на 3D-принтере компанией ICON. В другом, и, возможно, более захватывающем примере, ICON был награжден Грант от НАСА в размере 57.2 млн долларов на разработку «системы строительства на лунной поверхности». Да, ICON разрабатывает системы, которые позволят создать на Луне и за её пределами жилища, напечатанные на 3D-принтере.
Перспективы 3D-печатных домов таковы, что такие компании, как ICON, уже привлекли значительное финансирование от дальновидных инвесторов. На момент последнего увеличения капитала ICON теперь может похвастаться ~$451.5 млн. финансирование.
ICON — не единственная компания, печатающая дома на 3D-принтере. Другие, например, Алквист используют этот процесс для создания доступного жилья в целях «поднимите экономически бедствующие и недостаточно обслуживаемые сообщества за счет снижения стоимости строительства»,
«Взгляд вперед» в соавторстве с Кеннетом Кейсом,
На дворе 2033 год. Если всё пойдёт по плану, то найдутся те, кто выйдет из своего самовосстанавливающегося дома, армированного пеньковой арматурой и напечатанного на 3D-принтере, который ночью заряжается от кирпичной дорожки, заряжаемой в течение дня, и посмотрит в ночное небо. Там они увидят точки света, исходящие от множества спутников, запущенных с помощью многоразовых ракет, которые также доставляют полезные грузы для первого сооружения, строящегося на Луне.
