Ompröva befintliga strukturella material och processer genom ett modernt perspektiv

For millennia har byggmaterial som betong gjort det möjligt för människor att skapa bestående mästerverk inom arkitektur; titta bara på det antika Rom för exempel.  Även om man kan tänka att vi under den här tiden skulle ha lärt oss allt som finns att veta om sådana byggmaterial, har en omprövning genom ett modernt perspektiv gjort det möjligt för företag som blickar mot framtiden att ge dem nytt syfte och förbättra de antika recepten.

Material och processer

Som nämnts är det antika Rom det perfekta exemplet på vad som kan uppnås genom användning av betong.  Fram till nyligen var forskare dock förbryllade över hur strukturer som är mer än 2000 år gamla fortfarande var i så gott skick.  Nu vet vi att svaret har stått i centrum hela tiden – kalk.
Närvaron av kalk i romersk betong ansågs alltid vara resultatet av slarviga/ dåliga blandningsmetoder.  Det visar sig att de resulterande kalkklasterna har ett viktigt syfte som, när de infunderas i betongen på ett specifikt sätt, gjorde att slutprodukten kunde självläka sprickor; vilket leder oss till vårt första moderna grepp på ett antikt byggmaterial – självläkande betong.

Självläkande betong

Betong är helt enkelt en blandning av fina och grova substrat som blandas och hålls ihop av ett härdande medel.  Receptet för att göra betong har varierat över tid och runt om i världen för att anpassa sig till olika miljöer.  Med detta i åtanke har forskare börjat undersöka och testa nya recept/ansatser för att skapa en version byggd för framtiden. Ett exempel på detta kommer från University of Colorado, där forskare har utvecklat ett potentiellt betongersättning som de kallar ‘Living Building Materials (LBMs)’ som skapas genom att utnyttja “fotosyntetiska mikroorganismer för att biomineralisera inerta sand-gelatin scaffoldar”.

Uppmuntrande har dessa LBM visat förmågan att inte bara självreplikera och självläka, utan också kunna tillverkas av avfallsmaterial.  Lika viktigt är deras förmåga att fånga koldioxid.  Utöver hållbarhet och livslängd finns det en huvudorsak till den tid som läggs på att utveckla nya recept för futuristisk betong – miljön.

Produktionsprocessen för att tillverka betong släpper ut en stor mängd CO₂.  Som den näst mest använda produkten på jorden resulterar detta i enorma utsläpp (8 % av den totala CO₂-utsläppet).  Om vi potentiellt kan skapa versioner av betong som faktiskt hjälper miljön istället för att skada den, är det en väg värd att utforska.

https://youtu.be/sXIjX7Jio5A
Utöver pågående forskning i laboratorier erbjuder startups som Biomason redan produkter baserade på ett liknande tillvägagångssätt som använder biologi för att minska cementindustrins miljöavtryck.  Hittills har detta företag redan genererat cirka $95 M i finansiering genom flera omgångar från investerare som Novo Holdings, Celesta Capital och fler.

Hampjärn

Armeringsjärn är ett extremt viktigt material som används vid byggnation med betong.  Vanligtvis tillverkat av stål ger armeringsjärn strukturellt stöd till betongbyggnader och ökar livslängden.  Som tidigare nämnts innebär arbete med betong dock stora CO₂-utsläpp.  Vad om det fanns ett sätt att skapa armeringsjärn som hjälper till att kompensera detta problem utan att offra stålets fördelar?  Här kommer hampjärn.
Hampjärn fungerar inte bara för att öka betongens livslängd, det kan vara billigare, starkare och lättare än stål samtidigt som det förblir korrosionsfritt; alla viktiga faktorer, eftersom kollapsen av många byggnader är förknippad med tungt och korroderat ståljärn.  Det är också känt som ett koldioxidnegativt biomaterial, där växande fält absorberar enorma mängder CO₂.  När det används i tillämpningar som att göras till armeringsjärn kan produkten under sin livscykel bidra till att motverka CO₂-utsläpp som är förknippade med betonganvändning.

Energilagrande tegel

Betong är inte det enda byggmaterialet som genomgår en futuristisk omvandling.  Processer för att omvandla vanliga och återvunna tegelstenar till superkondensatorer utvecklas nu.  Detta innebär att i en nära framtid kan tegelstenarna som bekläder ditt hem eller fungerar som en gångväg fungera som en energilagringslösning.  Anslut helt enkelt tegelstenarna till en energikälla (t.ex. solpaneler), så kan tegelstenarna laddas för att leverera kraft under natten.  Det bör dock noteras att teknologin fortfarande har en lång väg kvar innan detta blir möjligt.  För närvarande indikerar forskare att kapacitansen hos ungefär 50 tegelstenar skulle ge tillräckligt med kraft för nödbelysning i högst 5 timmar.

För att uppnå detta resultat har forskare betraktat tegelstenarnas inneboende struktur och noterat att de är ganska porösa.  För att omvandla dem till superkondensatorer belades/injicerades tegelstenarna med PEDOT (en ledande polymer), vilket i princip förvandlar tegelstenen till en energisvamp.

Detta är den typ av lösningar som, när de kombineras med en fortsatt och samordnad satsning på hållbar energi, kommer att möjliggöra för människor att vända den skada som orsakas på jorden och säkerställa en grönare framtid.

Additiv tillverkning

När vi ser mot framtiden för byggande handlar det om mer än bara de material som används.  Det finns också processerna att beakta.  Med detta i åtanke är ett av de mest lovande och potentiellt banbrytande stegen som kan förändra hur vi bygger additiv tillverkning, även kallad ‘3D-utskrift’.

ICON är ett särskilt anmärkningsvärt företag att hålla ögonen på, eftersom deras produkter/tjänster är mer än bara en högpotentialidé; de är redan i praktisk användning.  I ett exempel pågår redan ett samhälle med 100 hem bestående av 3D-utskrivna hus av ICON i Georgetown, Texas.  I ett annat, och kanske mer spännande exempel, fick ICON tilldelad ett pris på 57,2 M $ från NASA för att utveckla ett ‘lunar surface construction system’.  Ja, ICON utvecklar systemen som kommer att möjliggöra beboelse på månen och bortom i 3D-utskrivna strukturer.

Löftet bakom 3D-utskrivna hem är så starkt att företag som ICON redan har lockat betydande finansiering från framtidsinriktade investerare.  Enligt deras senaste kapitalanskaffning kan ICON nu skryta med cirka $451,5 M i finansiering.

ICON är dock inte det enda företaget som 3D-utskriver hem.  Andra som Alquist utnyttjar processen för att skapa prisvärda bostäder i ett försök att “lyfta ekonomiskt utsatta och underbetjänade samhällen genom att sänka byggkostnaderna”

Framtiden

Året är 2033.  Om allt har gått enligt plan kommer de som kliver ut ur sina självläkande, med hampjärn förstärkta, 3D-utskrivna hem, som drivs på natten av en tegelgång som laddats under dagen, att titta upp mot natthimlen.  Där kommer de att se ljusprickar från enorma satellitarrayer, utsända med hjälp av återanvändbara raketer som också levererar material för den första strukturen som byggs på månen. på svenska.