Additive Manufacturing

Pagdidisenyo ng Kongkretong 3D-Printed para Mas Sumipsip ng CO₂

mm
Na-publish
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google

Mga Limitasyon ng Kongkreto sa Kapaligiran: Paggamit ng Buhangin at mga Emisyon ng CO₂

Naging pangunahing materyal sa konstruksiyon ang kongkreto nitong nakalipas na ilang dekada, lalo na sa mga mataong lungsod. Unti-unti nitong napalitan ang ladrilyo, bato at kahoy dahil mura ito, madaling gamitin at nagagamit sa malakihang proyekto.

Gayunman, may mga suliranin din ito.

Una, malayo ito sa pagiging napapanatiling produkto pagdating sa pagkonsumo ng mga likas na yaman. Napakaraming buhangin ang ginagamit nito, anupat may mga ulat na nagsasabing “nauubusan na ng buhangin ang mundo.”

Pinagmulan: Visual Capitalist

Napakalakas din kumonsumo ng enerhiya sa paggawa ng semento. Halos purong fossil fuel ang ginagamit na panggatong dito, kaya 8% ng mga emisyon ng CO₂ sa mundo ay nagmumula sa produksyon ng semento.

Katumbas ito ng mga emisyon mula sa mga kotse at van, na pinagmumulan ng 10% ng mga emisyon sa buong mundo. Dahil dito, magkakaroon ng kapantay na malaking epekto ang paggawa ng kongkreto na mas napapanatili at ang paglipat ng lahat ng sasakyan sa mundo sa mga de-kuryenteng sasakyan na pinatatakbo lamang ng malinis na enerhiya.

Gayunman, maaari ring bahagyang mapawi ang mga emisyong ito sa pamamagitan ng prosesong tinatawag na karbonasyon, kung saan sumisipsip ng CO₂ mula sa atmospera ang mga materyales na may semento.

Sinuri sa isang bagong pag-aaral ng mga mananaliksik mula sa ETH Zurich (Switzerland), University of Bath (UK) at University of Manchester (UK) kung maaaring magkaroon ng mas mababang carbon footprint ang kongkretong 3D-printed kaysa sa karaniwang kongkreto dahil mas mabilis itong mag-karbonasyon. Tinataya ng mga mananaliksik na para sa kongkretong 3D-printed na sinuri sa Tor Alva, maaaring mapawi ng karbonasyon ang humigit-kumulang 21% ng orihinal nitong carbon footprint sa loob ng 50 taon.

Inilathala nila ang kanilang mga natuklasan sa Cement and Concrete Research1, sa ilalim ng pamagat na “(Muling) Karbonasyon: Isang bagong pagkakataon para sa napapanatiling kongkretong 3D-printed”.

Kongkreto at CO₂

Pangunahing dahilan kung bakit malaking bahagi ng mga emisyon ng carbon sa buong mundo ang nagmumula sa kongkreto ang pagkakalkina ng apog (CaCO₃), na nabubulok at nagiging CO₂ at calcium oxide/apog na mabilis mag-react (CaO). Agad namang nagsasanib ang apog na ito sa silica (SiO₂), alumina (Al₂O₃) at iron oxide (Fe₂O₃) mula sa luwad o shale upang mabuo ang semento.

“Nagmumula sa pagkakalkina ng apog ang pinakamalaking bahagi ng mga emisyong ito (karaniwang 60% [2]), kung saan nabubulok ang CaCO₃ at nagiging CO₂ at calcium oxide (CaO), bago ang proseso ng pagbuo ng klinker sa loob ng hurno. Pangunahing nagmumula naman sa mga fossil fuel na kailangan para sa enerhiyang init ang natitirang mga emisyon ng CO₂ mula sa semento.”

Bahagyang napapawi ang mga emisyong ito ng carbon sa susunod na hakbang, kapag ginamit na ang semento sa paggawa ng mga estrukturang kongkreto.

Sa tumigas na paste ng semento, dahan-dahang nagre-react sa CO₂ sa hangin ang mga produktong nabuo sa hydration na may taglay na Ca. Bumubuo ito ng calcium carbonate at dahil dito ay nasisipsip at naitatago ang CO₂.

“Mula sa pananaw ng pagpapanatili, matatawag na (muling) karbonasyon ang reaksiyong ito ng pagbubuklod sa CO₂. Katumbas ang halagang ito ng humigit-kumulang 43% ng mga emisyon ng CO₂ na kaugnay ng produksyon ng semento.”

Gayunman, may mga negatibong epekto rin ang prosesong ito ng karbonasyon. Pinabababa nito ang alkalinidad ng likido sa mga pore ng kongkreto, na maaaring magdulot naman ng pagkasira ng patong na pasibasyon sa bakal na pampatibay. Maaari itong humantong sa kalawang sa bakal at magpaikli sa itinatagal ng mga karaniwang estrukturang kongkretong may pampatibay.

Maaari itong maging malubhang suliranin sa mga kongkretong mababa ang carbon, dahil mas mabilis silang mag-karbonasyon kaysa sa karaniwang kongkretong Portland.

Pagpi-print ng Kongkreto sa 3D

Paggamit ng Halimbawa sa Tunay na Buhay

Sa hanay ng mga bagong paraan ng konstruksiyon na gumagamit ng digital na paggawa gamit ang kongkreto, ang kongkretong 3D-printed ang pinakalaganap at pinakamaaasahang teknolohiya.

Upang mataya ang aktuwal na carbon footprint ng pamamaraang ito, bumuo ang mga may-akda ng pag-aaral ng metodolohiya para suriin ang dinamikong Life Cycle Assessment (LCA) nito. Ginamit nila bilang halimbawa sa tunay na buhay ang Tor Alva, isang tore na 3D-printed sa nayon ng Mulegns sa Swiss Alps, at nakatuon sila sa mga haliging may sanga at sa kupola nito na 3D-printed.

Sinukat muna nila ang karbonasyon sa pamamagitan ng tatlong magkakaibang pamamaraan: ang una ay gumamit ng pinabilis na pagsusuri (sa silid ng karbonasyon na pinanatili sa 4% CO₂, 67% RH at 20 °C), samantalang ang dalawa pa ay gumamit ng mga resulta ng natural na karbonasyon—direktang pagsukat sa lalim ng karbonasyon at pagtukoy sa dami ng carbonate/CO₂ sa pamamagitan ng termogravimetrikong pagsusuri.

Pagtukoy sa Aktuwal na Bilis ng Karbonasyon

Sa pagtaya sa epekto ng naobserbahang karbonasyon, gumamit ang mga mananaliksik ng 50-taong panahon. Inihambing din nila ang mga resulta para sa estrukturang kongkretong 3D-printed sa isang estrukturang ibinuhos sa lugar, na may kahawig na panlabas na hugis at ginawa gamit ang katulad na komposisyon ng semento.

Natuklasan nila na nagre-react ang lahat ng materyal na naroroon sa bahaging nagkakaroon ng karbonasyon sa kongkreto at sumisipsip ito ng CO₂.

“Sa bahaging naganap ang carbonation, nasa pagitan ng 44.16 at 51 g CO2/100 g ng hydrated binder ang dami ng nakataling CO2. Katumbas ang huling bilang nito ng sapat na CO2 upang ma-decalcify ang lahat ng calcium silicate hydrate na naroroon.”

Ang susunod na tanong ay kung gaano karaming bahagi ng 3D-printed concrete ang talagang sasagap ng carbon sa kabuuan ng buhay nito. Sa pagsusuri sa pagpasok ng carbonation sa pamamagitan ng pinabilis na pagsubok, natukoy nilang sa loob ng 50 taon, sasailalim sa carbonation ang 86% ng lahat ng naka-print na mortar na ginamit sa tore, na may kabuuang 32 m3 ng naka-print na kongkretong sumailalim sa carbonation.

Nang ihambing ang mga resultang ito sa mga sukat ng natural na carbonation, halos magkapareho ang nakuha sa direktang pagsukat sa lalim ng carbonation (89%). Magkakaiba ang mga pagtataya ng mga pamamaraang ito sa lawak ng carbonation, ngunit hindi direktang sinusukat ng mga porsiyentong iyon ang kabuuang nasipsip na CO₂. Ipinaliwanag ng mga mananaliksik na maaaring hindi makita sa mga pH indicator ang malaking pagsipsip bago magbago ang kulay ng materyal. Direktang sinusukat ng thermogravimetric analysis ang pagsipsip, at sinusuportahan nito ang pagtatayang 21% ang ibinaba ng carbon footprint ng naka-print na kongkreto, kumpara sa 14% na pagtataya batay sa mga pagsukat ng pH sa natural na carbonation.

Kung ihahambing sa estrukturang ibinuhos sa mismong lugar, mas mababa ang carbon footprint ng Tor Alva dahil 25% na mas kaunting kongkreto ang ginamit at mas mahusay din ang carbonation nito.

“Sa kabila ng paggamit ng 25% na mas kaunting materyales na may semento, kayang magtalì ng estrukturang 3DPC ng 2.5 ulit na mas maraming CO2 kaysa sa estrukturang ginawang batayan na ibinuhos sa mismong lugar (4.6 tCO2 para sa naka-print na estruktura at 1.9 tCO2 para sa ibinuhos na estruktura).”

Mas Mahusay na Pagsagap ng Carbon

Ipinahihiwatig ng pag-aaral na ito na maaaring magbigay-daan ang mabilis na carbonation sa mas malaking pagsagap ng carbon ng kongkreto, kaya lubhang nababawasan ang kabuuang emisyon ng carbon sa buong siklo ng buhay ng isang gusali. Lalo itong totoo sa mga kongkretong estrukturang walang bakal na pampatibay at sa 3D-printed concrete, na mas mabilis sumailalim sa carbonation.

Dapat ding tandaan na malamang na nakaapekto ang mga siklo ng pagyeyelo at pagtunaw, gaya ng sa halimbawang pinag-aralan sa Swiss Alps, kapwa sa mga kundisyon sa hangganan at sa mga katangian ng pagdaloy sa loob ng materyal na namamahala sa paggalaw ng kahalumigmigan at CO2.

Sa aktuwal na paggamit, maaaring mangahulugan ito na mas mahusay pang magsilbing imbakan ng carbon ang 3D-printed concrete sa mas maiinit na klima, ngunit kailangan pa itong pag-aralan upang mapatunayan.

“Maaaring bahagyang humarang sa mga daluyan ng pore ang pagyeyelo ng tubig sa mga ito, na magpapababa sa bisa ng pagdaloy at magpapabagal sa carbonation. Ipinahihiwatig ng mga resultang ito na dapat isaalang-alang ang mga epekto ng mababang temperatura—dahil man sa bahagyang pagbara sa mga pore, pagbabago sa antas ng kahalumigmigan, o kombinasyon ng dalawa—kapag inilalarawan ang carbonation sa ganitong mga kalagayang pangkapaligiran.”

Nagbubukas din ito ng bagong pananaw kung paano mapahuhusay ang 3D printing ng kongkreto. Maaaring idagdag ang pagpapahusay sa carbonation bilang isa pang salik sa pag-optimize ng hugis ng mga 3D-printed concrete na estruktura, upang mailantad hangga’t maaari ang ibabaw ng mga ito sa carbonation.

Hindi ito nangangahulugang paraang walang carbon ang pagtatayo gamit ang 3D-printed concrete. Malaki pa rin ang emisyong nalilikha sa calcination habang ginagawa ang semento, kahit mapahusay ang carbonation. At siyempre, malaki ang maiaambag sa pagbabago ng klima sa panahong iyon ng muling pagsipsip ng carbon sa loob ng 50 taon.

Gayunman, kung masasagap ang mga emisyong ito ng carbon sa mismong pabrika ng semento, tunay na magiging imbakan ng carbon ang gusaling kongkreto dahil sa carbonation nito sa mga susunod na taon, sa kabila ng pagkakagawa nito mula sa kongkreto.

Mas malamang na 3D-printed concrete ang unang makakamit ng layuning iyon sa pamamagitan ng pagsasama ng pinahusay na hugis, mga binder na mababa ang carbon, at angkop na pampatibay. Maaari naman itong maging oportunidad para sa mga tagapagtustos ng materyales sa konstruksyon.

Pamumuhunan sa Makabagong Teknolohiya ng Kongkreto

CRH

CRH Tsart ng Presyo

Bilang isa sa mga nangungunang prodyuser ng semento sa buong mundo, magiging mahalaga ang papel ng CRH sa pagbabago sa industriya ng konstruksyong gumagamit ng semento upang maging mas napapanatili ito. Nangunguna ito sa kabuuang dami ng mga materyales sa konstruksyong naipagkakaloob sa mga pamilihan ng US at Europa.

Pinagmulan: CRH

May operasyon ang kumpanya sa 28 bansa at 3,390 lokasyon, at 78,500 katao ang nagtatrabaho rito; CRH Americas naman ang bumubuo sa 65% ng pandaigdigang benta nito. Malayo rin ang agwat nito bilang pinakamalaking kumpanya ng semento, at lalo pang pinatatag ang pamumunong ito sa kamakailang pagbili nito sa Arcosa.

“Pinatitibay ng transaksiyon ang posisyon ng CRH bilang nangunguna sa mga aggregate sa U.S. at sa buong mundo, at pinalalawak nito ang presensiya sa ilan sa pinakamabilis lumagong Metropolitan Statistical Areas (MSAs) sa U.S.”

Pinagmulan: CRH

Inaasahan ng CRH na makatutulong sa pagpapalago ng negosyo nito ang malaking paggasta ng mga pamahalaan sa Kanluran sa imprastraktura. Makakatulong din ang mga trend ng muling pagpapalawak ng industriya at paglilipat sa loob ng bansa ng paggawa ng mga high-tech na produkto.

Malaki na ang isinulong ng CRH sa pagpapanatili sa pamamagitan ng ilang inisyatiba:

  • Pinakamalaki itong tagapag-recycle sa North America; noong 2023, nag-recycle ito ng 43.9 milyong tonelada ng basura at mga by-product mula sa iba pang industriya.
  • Binawasan nito ng 8% ang mga emisyon ng CO₂ noong 2023, sa tulong ng paggamit ng 36% alternatibong panggatong sa mga planta nito ng semento.
  • Layunin nitong bawasan ng 30% ang mga emisyon pagsapit ng 2030, kumpara sa mga emisyon noong 2021.

Nagsusulong din ang CRH ng mas malalalim na pagbabago sa sektor. Kapansin-pansin na namuhunan ito ng $75 milyon sa Sublime, isang kumpanyang gumagawa ng semento na mababa ang carbon, kasama ang Holcim, ang higanteng kompanya ng kongkreto sa Europa.

Sublime Systems ang itinatag bilang hiwalay na kumpanya mula sa MIT noong 2020 upang gumamit ng electrolyzer sa paggawa ng semento sa temperatura ng paligid, kapalit ng mga tapahang nangangailangan ng maraming enerhiya at fossil fuel. Nagbibigay-daan din ito sa paggamit ng mga pinagmumulan ng calcium bilang sangkap, kaya naiiwasan ang paglabas ng CO₂ mula sa limestone na ginagamit bilang input.

Inaasahang magbubukas ang unang pasilidad pangkomersiyo ng Sublime sa Holyoke sa pinakamaagang bahagi ng 2026. Kung mapatunayang matagumpay ito, maaari itong maging tunay na makapagpapabago sa industriya ng semento at magbukas ng daan tungo sa napapalawakang produksyon ng kongkretong mababa ang emisyon.

Namuhunan din ang CRH sa iba pang startup na nagsusulong ng decarbonization at sustainability:

  • €23.7 milyon sa Cool Planet Technologies, na bumubuo ng mga solusyon sa pagsamsam ng carbon para sa mga industriyang tradisyonal na mahirap bawasan ang emisyon.
  • $34.7 milyon ang inilaan ng CRH at iba pang mamumuhunan sa Carbon Upcycling Technologies, na gumagamit ng solusyong mineralization na de-kuryente upang permanenteng mag-imbak ng CO₂ sa mga by-product at mineral mula sa industriya, gaya ng semento, plastik, produktong pangkonsumo, pataba at mga parmasyutiko.
  • AICrete, isang platapormang nagbibigay ng “resipe bilang serbisyo” na katuwang ang mga lokal na prodyuser ng kongkreto. Ina-optimize nito ang paggamit ng mga lokal na materyales at binabawasan ang dami ng sementong kailangan sa pamamagitan ng mga pagsusuring gumagamit ng AI, kaya bumababa kapwa ang carbon footprint at gastos sa paggawa ng kongkreto.
  • Ang pondo mula sa Series B ng FIDO AI ay para sa isang startup na gumagamit ng AI upang bawasan ang konsumo ng tubig at dagdagan ang matitipid na tubig.

Panghuli, namumuhunan din ang CRH sa 3D printing ng kongkreto (3DCP) sa pamamagitan ng subsidiary nitong Amerimix.

Sa kabuuan, kumikita ang CRH at nangunguna sa industriya ng kongkreto at konstruksyon. Masigasig nitong inihahanda ang industriya para sa decarbonization—kapwa sa mga kasalukuyan nitong pasilidad at sa pamamagitan ng pagiging pangunahing tagapagbigay ng puhunan sa mga makabagong startup na lumilikha ng susunod na henerasyon ng teknolohiya sa paggawa ng semento at kongkreto, kabilang ang decarbonization at 3D printing.

Pinakabagong Balita at mga Pag-unlad tungkol sa Stock ng CRH (CRH)

Binanggit na Pag-aaral

1. Lucas Nascimento de Lima. (Muling) karbonasyon: Bagong pagkakataon para sa napapanatiling kongkretong 3D-printed. Cement and Concrete Research. Disyembre 2026. Artikulo: 108411. Tomo 210. 10.1016/j.cemconres.2026.108411

mm

Si Jonathan ay dating mananaliksik na biochemist na nagtrabaho sa pagsusuri ng henetika at mga klinikal na pagsubok. Siya ngayon ay isang stock analyst at manunulat sa pananalapi na nakatuon sa inobasyon, mga siklo ng merkado, at heopolitika sa kanyang publikasyon 'The Eurasian Century'.