Maaari bang Iligtas ng 3D-Printed na Semento ang Kapaligiran?

Ang semento ay palaging naroroon sa paligid natin. Mula sa mga bahay, opisina, at gusali ng paaralan hanggang sa mga tindahan, dam, tulay, bangketa, at kalsada, tumutulong ang semento na magtayo ng mga estruktura na ating ginagamit araw-araw. 

Hindi ito bagong materyal. Sa katunayan, ang pinakamaagang tala ng mga estruktura ng semento ay nagmula pa noong 6500 BC sa mga rehiyon ng Syria at Jordan. Pagkatapos, siyempre, mayroon tayong mga Romano na malawakang gumamit ng semento sa kanilang mga konstruksyon. At ngayon, maraming siglo ang lumipas, marami pa rin sa mga estrukturang ito ang matatag pa rin ngayon.

Sa paglipas ng mga taon, ang paggamit ng semento ay patuloy na lumago, kung saan ang pandaigdigang pamilihan ng semento ay umabot sa $687.2 billion noong 2021. Inaasahan pang lalago ito sa $821.6 billion pagsapit ng 2026, na nagpapakita ng kahalagahan ng semento sa ating buhay. 

Ang paglawak na ito ay pinapalakas ng paglago ng industriya ng konstruksyon pati na rin ng tumataas na pamumuhunan sa mga bagong proyektong konstruksyon sa buong mundo. Ang paglago ng ekonomiya at mabilis na urbanisasyon ay nag-aambag din sa tumataas na pangangailangan para sa mga residential at komersyal na kompleks sa buong mundo. Habang lumalaki ang mga lungsod, tumataas din ang pangangailangan para sa imprastruktura at, kasama nito, ang pangangailangan para sa semento.

Habang alam natin na patuloy ang pangangailangan para sa semento, at ito ay matagal nang nangyayari, bakit nga ba ito napakapopular sa simula? At ito ba ay lubos na mabuti? Tara, alamin natin!

Semento: Ang Mapanganib na Pangangailangan ng Mundo

Bago maunawaan kung bakit napakahalaga ng semento, alamin muna natin kung ano ito. Ito ay isang halo ng semento (o apog), tubig, at mga agregado, na binubuo ng mga natural o artipisyal na particle tulad ng buhangin, graba, o durog na bato. 

Dito, ang semento, na isang gawaing halo ng calcium, iron, silicon, at aluminum, kasama ang iba pang sangkap, ay ang nagbubuklod na materyal na nagbibigay sa semento ng katangian ng pagkatigas, habang ang tubig ay nag-aaktibo sa semento upang bumuo ng masikip na materyal. 

Ang nagpapahalaga sa composite na materyal na ito ay ang mga katangian nito, kabilang ang kakayahang hubugin—ang kakayahan ng bagong halo na semento na hubugin sa halos anumang hugis—at tibay—na nangangahulugang maaari itong tumagal ng maraming taon. Ang abot-kayang materyal na ito ay maaari pang iakma upang matugunan ang iba’t ibang pangangailangan sa konstruksyon.

Iba pang kaakit-akit na katangian ng semento ay ang kadalian nitong gamitin, lakas, at kakayahang tiisin hindi lamang ang mabibigat na karga at compressive stress kundi pati na rin ang matitinding kondisyon ng panahon at mga natural na kalamidad tulad ng lindol at bagyo.

Mayroon din ang semento ng kakayahang panatilihin ang init, hindi nasusunog, at madaling ayusin kung may pinsala. Ang lahat ng katangiang ito ay ginagawa ang semento bilang napakahalagang produkto, na nagdudulot ng napakalaking pagtaas ng paggamit nito.

Pagdating sa mga gamit ng semento, ito ay may iba’t ibang aplikasyon sa industriya ng konstruksyon. Ang semento ay talagang ang pinaka-malawak na ginagamit na materyal sa konstruksyon sa mundo pagkatapos ng tubig. Ginagamit ito sa pagtatayo ng mga dam, tulay, highway, paliparan, kalsada, kanal, reservoir, at pavement, kasama ang mga residential na gusali, komersyal na kompleks, at iba pang mga estrukturang may dalang bigat.

Sa madaling salita, ang semento ay isang pundamental na materyal sa konstruksyon, na may mahalagang papel sa paghubog ng imprastruktura sa paligid natin. 

Ngunit hindi ibig sabihin na puro benepisyo lamang ang hatid ng semento. Sa katunayan, ito ay napakapanganib. 

Sa simula, ang semento ay responsable para sa 1.6 bilyong metric tonelada ng carbon dioxide (CO2), na humigit-kumulang 8% ng pandaigdigang CO2 emissions. At ang malawak na pag-asa ng sektor ng konstruksyon sa semento ay nagpapalala sa napakalaking carbon footprint nito.

Samantala, ang paggawa ng ordinaryong Portland cement (OPC) ay responsable para sa 5% hanggang 8% ng pandaigdigang antropikong CO2 emissions. Kapag inilahad para sa lahat ng aktibidad na may kinalaman sa konstruksyon, ang pinakabagong pananaliksik ay nagpapakita ng nakakabahalang larawan, na halos 40% ng CO2 emissions na may kaugnayan sa enerhiya ay nagmumula sa sektor na ito, na kumokonsumo ng 36% ng panghuling enerhiya ng mundo.

Ito ay lubos na nakababahala dahil ang mga CO2 emissions ay inaasahang aabot sa rekord na 37.41 GtCO2. Ang mga CO2 emissions ay pangunahing sanhi ng global warming, at ayon sa IPCC, ang global warming sa kasalukuyang bilis ay inaasahang aabot sa 1.5 °C higit sa pre-industrial na antas sa pagitan ng 2030 at 2052.

Dahil sa mga pangkapaligirang epekto ng semento, habang ang taunang konsumo nito ay umabot na sa 30 bilyong tonelada at inaasahang patuloy na tataas, mahalagang harapin ito ng lahat, mula sa mga innovator hanggang sa mga organisasyon at pamahalaan.

Pagpapaunlad ng Konstruksyon gamit ang 3D Printing 

Ang semento, tulad ng nabanggit natin kanina, ay isang kinakailangang kasamaan dahil habang ito ay may ilang magagandang benepisyo at mahalaga para sa sibilisasyon, ito ay talagang nakasasama sa planeta, na kasalukuyang humaharap sa deforestation, climate change, pagkawala ng biodiversity, at marami pang iba. 

Idagdag ang semento sa timpla, at lalong lalala ang sitwasyon. Ngunit paano kung may paraan upang tugunan ang nakakasamang epekto ng popular na materyal na ito sa konstruksyon? 

Sa katunayan, ang semento ay umuunlad upang matugunan ang kumplikado at advanced na pangangailangan ng mundo. Tulad ng aming nabanggit kanina, ang mga advanced na materyales tulad ng graphene at hemp ay patuloy na ginagamit sa mga materyales ng konstruksyon. Maging ang carbon-free na semento ay ginagawa sa pamamagitan ng pagpapalit ng limestone o paggamit ng limestone na batay sa fossil fuel.

May isa pang solusyon, at iyon ay ang 3D printing. Tama! Ang parehong pamamaraan na ginagamit upang lumikha ng sining, muwebles, at iba pang consumer products, pati na rin sa forensics, prosthetics, at surgery, ay nagbabago rin ng laro para sa konstruksyon. 

Ang 3D printing o additive manufacturing, na kinabibilangan ng paggawa ng tatlong-dimensional na mga bagay mula sa digital file sa pamamagitan ng paglalagay ng mga layer ng materyal, ay nakakuha ng malaking atensyon dahil sa mga benepisyo nito tulad ng mabilis na prototyping, customization, pagtitipid sa gastos, pagbawas ng material waste, pagpapasigla ng inobasyon, at sustainability. 

Ang teknolohiyang ito ay ngayon ginagamit na sa konstruksyon, na hindi naman bago, dahil unang ginamit ang 3D printing sa konstruksyon maraming dekada na ang nakalilipas. Gayunpaman, ang paggamit ng 3D printing ay lumago nang malaki sa mga nakaraang taon upang mapabilis ang proseso, i-optimize ang paggamit ng materyales, mag-explore ng masalimuot na disenyo at mga pasadyang estruktura, mapadali ang remote construction, at mapabuti ang kaligtasan.

Ang maraming benepisyo ng 3D printing ay kinabibilangan din ng mas maikling supply chain dahil sa on-site construction at malaking pagbaba ng panganib sa trabaho dahil sa nabawasang pangangailangan para sa manu-manong paggawa sa mga high-risk na operasyon.

Sa taong ito, nakita natin ang pinakamalaking 3D-printed na kapitbahayan sa mundo sa Texas malapit nang matapos matapos ang dalawang taong konstruksyon. Ang kumpanya ng 3D-printed na konstruksyon na ICON ang nasa likod ng proyektong ito.

Ang pribadong kumpanya, ICON, ay hindi lamang nagpi-print ng mga tirahan kundi kasali rin sa depensa at off-world na konstruksyon. Mahigit isang dekada na ang nakalipas, ang ICON nag-raise ng kabuuang $451 milyon, na nagtaas ng kanyang valuation sa halos $2 bilyon. Ang kumpanya ay kontratang ginagawa ng NASA upang magtayo ng landing pads, shelters, at iba pang estruktura sa Moon bilang bahagi ng Artemis Moon exploration program ng ahensya.

In 2018, it built the first permitted 350-square-foot 3D-printed home in the U.S., which only took two days. The house was built using concrete because, as ICO CEO Jason Ballard stated:

“It’s one of the most resilient materials on Earth.”

Para sa komunidad nito sa Texas, ginagamit ng kumpanya ang kanilang Vulcan printer, na kahalintulad ng karaniwang desktop 3D printer, at nagpipila ng layer-by-layer. Ang pagkakaiba ng Vulcan printer na ito ay 45 talampakan ang lapad at may bigat na 4.75 tonelada. 

Sa proseso nito, ang pulbos ng semento ay hinahalo sa buhangin, tubig, at iba pang additives at pagkatapos ay pinupump sa printer. Ang halo ng semento ay pagkatapos ay pinipiga ng nozzle sa isang brush, na nagbubuo ng layer-by-layer ayon sa pre-programmed na landas.

Ang robotic printer ay nakagawa na ng 100 na 3D-printed na bahay sa sinasabing pinakamalaking 3D-printed na komunidad sa mundo. Sa mas mabilis, mas murang 3D printing, na nagbabawas ng basura sa materyales ng konstruksyon, at nangangailangan ng mas kaunting manggagawa, nagdadala ito ng “maraming kahusayan sa merkado ng kalakalan,” ayon sa kumpanya.

Ito ay simula pa lamang, gayunpaman, batay sa paglago na inaasahang makikita sa 3D printing construction market. Na-valued sa $5.5 bilyon noong nakaraang taon, ang pandaigdigang 3D printing construction market ay inaasahang lalago sa CAGR na 105.8% upang maabot ang nakabigla na $3.3 trilyon pagsapit ng 2032. 

Maaaring mukhang nakabigla ang mga numerong ito sa una, ngunit tulad ng ibinahagi namin sa aming nakaraang artikulo, maaaring maging solusyon ang 3D printing sa matinding problema ng kakulangan sa pabahay, na ginagawang posible ang target na trilyong dolyar.

Dahil sa napakalaking interes sa 3D printing construction, may katuturan din na gamitin ang teknolohiyang ito upang baguhin ang merkado ng konstruksyon para sa ikabubuti. At iyon mismo ang ginagawa ng mga siyentipiko mula sa Nanyang Technological University (NTU) ng Singapore.

Ang mga mananaliksik ay nagpatuloy pa ng isang hakbang pa sa pamamagitan ng 3D printing mismo ng semento. Para dito, nakabuo sila ng isang 3D concrete printing method na sumasalo ng carbon, na nagpapakita ng bagong paraan upang bawasan ang pangkapaligirang epekto ng industriya ng konstruksyon.

I-click dito upang malaman kung makakatulong ang 3D printing sa pagharap sa kakulangan sa pabahay.

3D Printing na Semento na Sumasalo ng CO2

Sa unang bahagi ng buwang ito, ang mga siyentipiko ng NTU nag-publish ng kanilang pananaliksik tungkol sa “Carbon capture at sequestration gamit ang in-situ CO2 at steam-integrated 3D concrete printing.”

Detalyado ng pananaliksik ang makabagong pamamaraan na naglalayong mabawasan nang malaki ang carbon footprint ng semento sa pamamagitan ng pagbawas ng paggamit ng materyales, pangangailangan sa labor, at oras ng konstruksyon. 

Sinasuggest din na ang sustainable development sa pamamagitan ng 3D concrete printing ay maaaring magdala ng hanggang 5% na pagbawas sa global na paggamit ng enerhiya. Ang mga pangkapaligirang benepisyong ito ay potensyal na katumbas ng kakayahan nitong pasimplehin ang mga proseso ng konstruksyon. 

Gayunpaman, ang paghalo ng CO2 sa semento, tulad ng ginawa ng pinakabagong pag-aaral, ay nagawa na noon upang mapabuti ang kalidad ng materyal at makatulong na bawasan ang negatibong epekto ng semento sa kapaligiran.

Ipinakita na ng mga maagang pag-aaral ang mga pagpapabuti sa mekanikal na katangian ng semento sa pamamagitan ng direktang batch mixing ng CO2 at pag-expose ng semento sa CO2 sa panahon ng produksyon sa carbonation chambers dahil sa pagbuo ng “carbonation shell.” 

Iniulat ng mga nakaraang pag-aaral ang halos 15 beses na pagtaas sa penetration resistance at hanggang 1.16% carbon absorption sa loob lamang ng kalahating oras ng paghalo ng mortar sa CO2. Ang pag-aadjust ng accelerated carbonation curing (ACC) ay nagpakita ng 1.98–25.5% na carbon absorption.

Habang ang pananaliksik sa 3D concrete printing ay karamihan nakatuon sa pagdidisenyo ng mga green cementitious mixtures upang bawasan ang carbon footprint nito, binanggit ng pinakabagong pag-aaral na ilang nagtuon sa pagpapabuti ng mga processing technologies, partikular upang mapalakas ang bulk carbon capture at storage capacity (CCS). 

Ang mga pag-aaral sa carbonation ng cementitious materials, lalo na ang kakulangan ng pokus sa lalim, ay binanggit ng mga mananaliksik bilang dahilan kung bakit ang kanilang scaled implementation ay nagdudulot ng mga isyu sa pagiging balido. Hindi pa nabanggit, ang mga chamber-confined CCS solutions ay may limitasyon sa hardware at konsumo ng enerhiya kapag inilapat sa 3DCP. Bilang resulta, ang mga benepisyo ng scalable, automated, at on-site construction ay naaapektuhan.

Ito ay lumilikha ng pangangailangan na bumuo ng isang artipisyal na carbonation process para sa 3D concrete printing na lampas sa tradisyonal na curing techniques.

Bilang resulta, ang mga mananaliksik ng NTU ay nakabuo ng bagong proseso upang pag-aralan ang bisa nito sa pag-sequester ng carbon dioxide.

Ang bagong teknolohiyang ito ay gumagamit ng dalawang-hakbang na extrusion-based system. Ang unang hakbang ay ang pag-inject ng CO2 at steam sa halo ng semento. Ang halo ay direktang nag-iintegrate at nag-iimbak ng CO2 sa estruktura ng semento. Ang CO2 at steam na tinutukoy ay kinukuha bilang by-products ng mga industriyal na proseso. 

Ipinakita ng bagong pamamaraan na ito ang pagtaas ng 38.2% sa bulk carbon uptake, na nag-aalok ng isa pang paraan upang makamit ang decarbonized construction sa pamamagitan ng 3D printing na semento.

Ang disenyo ng proprietary printhead attachment, na nagpapahintulot sa reguladong pag-inject ng gaseous at liquid additives, ay naglalayong tugunan ang kritikal na isyu ng pangkapaligirang sustainability sa automated construction. Tinatalakay din nito ang isyu ng set-on-demand requirements ngunit, higit sa lahat, ang kakulangan ng readily available na CCS solutions na compatible sa 3D concrete printing.

Hindi lamang binabawasan ng bagong paraan ang carbon footprint ng semento, ngunit napakita rin na pinapabuti nito ang mekanikal na katangian ng semento. Ito, sa gayo’y, nag-aalok ng malaking lakas sa estruktura kumpara sa tradisyunal na 3D-printed na semento.

Ayon sa research paper, ang integrasyon ng CO2 at steam ay nagresulta sa pagtaas ng hanggang 50% sa 3D printability, 45.3% sa flexural strength, at 36.8% sa compressive strength. 

Ang mga mananaliksik ay nagkonklud na ang mga sample na na-expose sa CO2-steam integrated printing at open-air curing ang nagkaroon ng pinakamataas na carbon uptake. Ayon sa mga mananaliksik:

“Ang inilahad na solusyon ay nag-aalok ng isang magagarang landas patungo sa decarbonized na konstruksyon habang pinalalawak ang mga posibleng opsyon para sa CCS lampas sa tradisyunal na confined curing methods.”

Itinuturo pa ng koponan ang pag-optimize ng mga configuration ng pag-print, mga disenyo ng halo, at ang pag-inject ng flue gases upang mabawasan ang pag-aaksaya ng purong carbon dioxide feedstock bilang mga posibleng larangan para sa hinaharap na pananaliksik.

Kumpanyang Maaaring Pag-investan sa Espasyo ng 3D Printing

Ngayon, tingnan natin ang isang publicly traded na kumpanya na kasali sa merkado ng 3D printing, na tinatayang nagkakahalaga ng $17.5 bilyon noong 2024 at inaasahang lalago sa CAGR na 16.4% hanggang $37.4 bilyon sa susunod na limang taon, na nagdadala ng mga pag-unlad sa sektor at tumutulong na baguhin ang mundo para sa ikabubuti.

1. Stratasys Ltd.

Ang Stratasys ay isang kilalang pangalan sa espasyo ng 3D printing, at nagbibigay ito ng mga solusyon sa maraming sektor. Ang mga teknolohiya mula sa kumpanya ay nag-aambag sa mga pag-unlad sa larangan ng 3D printing. 

Sa market cap na $689.5 milyon, ang Stratasys ay kasalukuyang nagte-trade sa $9.66, bumaba ng 32.35% ngayong taon. Ang kumpanya ay may EPS (TTM) na -1.32 at P/E (TTM) na -7.30.

Para sa Q3 ng 2024, iniulat ng Stratasys na nagkaroon ng kita na $140.0 milyon, tumaas mula sa $162.1 milyon na naitala noong parehong quarter noong nakaraang taon. Sa mga numerong ito, ang recurring consumables revenue ng kumpanya ay nakakita ng pagtaas taon-taon sa walong magkasunod na quarter, na sinabi nilang “sumasalamin sa patuloy na malakas na paggamit ng printer.”

Ang paglago ng GAAP gross margin ng Stratasys ay umabot sa 44.8%, habang ang GAAP net loss ay $26.6 milyon, at ang non-GAAP net income ay nagsimulang maging profitable. $4.5 milyon ng cash ay iniulat na gagamitin sa operasyon, at ang YTD operating cash flow ay nananatiling positibo.

Sa mga malalakas na numerong ito, itinaas ng Stratasys ang outlook para sa buong taong 2024. Ayon dito; iniulat nila ang $580 milyon na kita mula sa $570 milyon, Non-GAAP net income na $5 milyon, at capital expenditures na $20 milyon.

“Matagumpay naming sinimulan ang pag-transform ng kumpanya sa pamamagitan ng cost optimization at pagtuon sa mga mas mataas na pagkakataon ng paglago.”

– CEO Dr. Yoav Zeif sinabi noon

Dagdag pa niya na ang pangunahing platform ng kumpanya na F3300 ay nakakatanggap ng maraming atensyon habang patuloy itong lumalawak sa mga pangunahing target na sektor, kabilang ang healthcare, automotive, at aerospace.

Ayon kay Dr. Zeif, ang plano ng restructuring ng kumpanya ay makakatulong maghatid ng $40 milyon na taunang pagtitipid sa gastos mula sa susunod na taon.

“Handa kaming maghatid ng mas mataas na paglago ng kita, profitability, at cash flow sa 2025, upang tugunan ang pent-up demand kapag bumuti ang kondisyon ng merkado.”

– Dr. Zeif

I-click dito upang matutunan ang lahat tungkol sa pag-invest sa Stratasys Ltd. (SSYS )

Konklusyon

Ang semento ay naging pundasyon ng pag-unlad ng tao sa maraming siglo, ngunit hindi ito walang panganib. Ang pangkapaligirang epekto ng semento ay nagiging seryosong alalahanin, na lumilikha ng agarang pangangailangan na humanap ng mas magagandang solusyon. Ang pinakabagong teknolohiya mula sa mga mananaliksik ng NTU ay isa sa mga pag-unlad na patungo sa tamang direksyon. Sa pamamagitan ng paggamit ng prinsipyo ng additive manufacturing, ang 3D concrete printing ay muling binigyang-kahulugan ang tradisyunal na operasyon at nagtaguyod ng sustainability. 

Habang ang mundo ay nahihirapan sa urban expansion at climate change, ang mga inobasyon tulad ng 3D concrete printing ay makakatulong sa mundo na matugunan ang lumalaking at kumplikadong pangangailangan ng konstruksyon habang pinapababa ang mga nakakasamang epekto nito. At bagaman may mga hamon pa sa scaling at standardization, sa paglipas ng panahon, habang ang teknolohiya ay bumubuti at mas malawak na tinatanggap, maaaring gampanan ng 3D printing ang mahalagang papel sa paghubog ng imprastruktura ng bukas.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang additive manufacturing at 3D printing stocks.