俄勒冈州立大学开发新型绿色建筑 3D 打印材料，能够捕获二氧化碳

2023年3月9日，南极熊获悉，美国能源部决定为俄勒冈州立大学和桑迪亚国家实验室提供一份为期三年、价值540,000 美元的项目资金，用于探索一种能够以矿化形式将二氧化碳捕获到 3D 打印建筑材料中的方法。此前，二氧化碳在建筑领域是作为工业废物被排放到空气中的。

研究人员的目标是推动建筑行业这一重要经济命脉实现绿色化，此前这是污染最严重的行业之一。这些研究将由俄勒冈州立大学工程学院土木工程助理教授 Pavan Akula 领导的团队实施，该团队由来自桑迪亚、印度科学研究所、印度理工学院 Roorkee 和两个工业合作商的研究人员组成，他们分别是Graymont 和 Verdant Building Alternatives。

近年来，全球变暖问题不断加剧，采取措施减缓全球变暖和保护环境的必要性也在在随之增加。仅建筑业就产生了全球 13% 的二氧化碳排放量。3D 打印被视为该问题的可能解决方案，多年来我们已经看到了许多使用混凝土的 3D 打印项目。然而，根据发起这项研究的研究人员的说法，实际上问题的关键可能在于所使用的材料。Pavan Akula 教授评论道：“近年来，混凝土 3D 打印技术在建筑施工中越来越受欢迎，因为它是一种更可持续的替代方案——它减少了浪费和运输成本。然而，大多数混凝土的 3D 打印仍然仅依赖于真正高碳的传统材料。”。

△图片来源：俄勒冈州立大学

或者更具体地说，他指的是 1800 年代初在英国开发的波特兰水泥。目前，它是混凝土中最常用的一类粘合型水泥。它通常是通过在工业窑炉中以高达 2,820 华氏度的温度开采、研磨和加热粘土和石灰石而生产的。该过程改变了材料的化学性质并产生了水泥的主要成分“熟料”。然而，这个过程也会产生大量的二氧化碳。这是研究人员希望解决的问题。

新的 3D 打印材料可以带来更可持续的建筑

那么3D打印如何介入解决这个问题呢？该项目旨在捕获石灰和水泥行业排放的二氧化碳，并开发可持续的粘合剂，以储存和矿化印刷建筑部件（如墙壁）中捕获的二氧化碳。Akula 说：“我们的项目旨在开发能够显著减少 3D 打印材料碳足迹的技术和材料。”

△尽管硅酸盐水泥会释放二氧化碳，但它仍被广泛应用于建筑业2（图片来源：KVDP，公共领域，来自Wikimedia Commons）

这个问题尤为重要，因为混凝土的需求预计将继续增长，全球城市化趋势也是如此。因此，新技术的使用对于解决当前的问题至关重要，就像未来需要新材料和新方法来应对不断变化的世界一样。这些新的解决方案可能使实现《巴黎条约》中规定的目标成为可能。联合国气候变化框架公约成员国于 2015 年签署的国际条约要求将全球平均气温的升幅控制在比工业化前水平高出 2°C 的门槛以下，并将这一升幅限制在 1.5 °C，因为这将大大降低气候变化的风险和影响。

这并不是唯一一个为实现生态化目标而开展的项目，关于增材制造的可持续性问题以及通过使用3D 技术保护环境的创新项目已经被多次讨论。例如，在建筑中，我们已经看到粘土或生物来源的材料被用作提供更可持续的住房的一种方式。此外，我们还看到了最近的举措，例如欧洲项目 ConstructAdd，该项目研究了在建筑和汽车行业采用金属作为 3D 打印材料的好处。