水泥基建筑 3D 打印技术，有望解决全球碳排放带来的气候问题

在过去的几十年里，全球人口一直在稳步增长，这意味着房屋等建筑数量也在随之攀升。住宿建设必不可少的是水泥产品（包括水泥和混凝土），这是当今使用最广泛的资源之一。根据联合国经济和社会事务部（人口司）进行的预测未来几年世界人口的研究报告显示：到 2060 年，这个星球上的人口预计将超过 100 亿。考虑到目前约占二氧化碳排放总量 8% 的水泥生产，建筑行业的排放量可能会进一步增加。

因此，由 Ankita Gangotra、Emanuela Del Gado 和 Joanna I. Lewis 组成的研究团队一直在研究使用水泥和相关材料进行 3D 打印的可能性，他们都在美利坚合众国乔治城大学工作气候保护。关于这个令人兴奋的建筑行业水泥 3D 打印项目，您可以在发表在《Commun Eng》期刊上的题为“3D printing has untapped potential for climate mitigation in thecement sector”研究论文中找到进一步信息。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s44172-023-00054-7

二氧化碳对我们星球的威胁是一个日益严重的问题，由于水泥的生产和使用在其中起着重要作用，因此需要3D打印等新兴建造技术才能在水泥和混凝土供应链实现碳中和。研究人员在工作过程中一直致力于实现水泥行业的脱碳目标。这意味着经济运行方式的改变，这应该会减少碳排放。

△水泥3D 打印(C3DP)的一个例子：奥地利的第一座 3D 打印建筑（图片来源：PERI 3D Construction GmbH）

通过水泥 3D 打印可以保护气候吗？

我们知道，建筑领域的增材制造为我们节省了材料、时间和成本，还最大限度地减少了人力工作量，但在考虑气候保护方面的可能性时，研究人员表示3D打印仍有很大潜力在水泥供应链和后续建筑过程中， 3D 打印的使用还可以持续减少温室气体排放。研究人员表示，在该供应链的第一步中，这可能涉及生产新型低碳 3D 打印水泥混合物，这些水泥混合物已用其他胶凝材料增强。例如，这可能包括工业废物，如飞灰或矿渣，但也可能包括自然形成的材料，例如粘土。研究论文中表示，地质聚合物和来自传统混凝土的回收材料等替代粘合剂也可用于此目的。所有这些更新用于后续 3D 打印的水泥混合物的因素都可以减少排放。

如果我们看看 3D 打印过程本身，减少材料浪费等因素可以减少排放，因为 3D 打印只使用最终需要的材料量。在材料的可能性上可以看到进一步的减排，其中一些材料可以从当地获得，这避免了资源必须长途跋涉才能运送，因此也可以减少排放。然而，除了所有这些有助于气候保护的直接影响因素外，有害的环境影响也很重要，例如烟雾的形成、化石燃料的产生或富营养化。

但是，如果要将水泥 3D 打印用作实现气候目标的独特方式，则需要严密控制。这些控制主要与 3D 打印期间的流动特性有关，但也与打印层的合并有关。

3D 打印建筑的全球战略

当我们审视那些在建筑领域（包括水泥领域）优先考虑 3D 打印的国家的国际战略时，这篇研究论文与时俱进的事实就很明显了。例如，2021 年 1 月，美国国防部决定进一步发展增材制造，包括混凝土结构中的 3D 打印。基于此，他们强调了进一步制定政策的紧迫性。2021年，迪拜设定了一个雄心勃勃的目标，即到 2030 年使用 3D 打印制造所有新建建筑的 25%。在中国，政府对水泥 3D 打印的资助也有所增加，并用于几个重大建设项目。