O formulă concepută de cercetători americani utilizează organisme fosile și tehnologii avansate pentru a obține structuri mai ușoare și mai rezistente, contribuind în același timp la combaterea schimbărilor climatice de la baza arhitecturală
Cuprins
Un beton de nouă generație promite să transforme construcțiile prin captarea unei cantități mai mari de carbon și reducerea utilizării materialelor, grație unor abordări bioinspirate și imprimării 3D de înaltă precizie.
O echipă de la Universitatea din Pennsylvania a realizat un progres important în dezvoltarea materialelor de construcție durabile, grație unui beton inovator care absoarbe cu până la 142% mai mult dioxid de carbon decât amestecurile obișnuite.
Cheia acestei propuneri rezidă în incorporarea pământului de diatomee și în utilizarea imprimării 3D, ceea ce permite reducerea cantității de materii prime și menținerea integrității structurale, potrivit unui raport al universității prezentat în decembrie 2024. Știrea, publicată și detaliată în revista Advanced Functional Materials, poziționează acest nou beton ca o alternativă capabilă să minimizeze impactul industrial asupra mediului.
Producția de beton reprezintă aproximativ 9% din emisiile mondiale de gaze cu efect de seră, după cum subliniază Universitatea din Pennsylvania. În acest context, comunitatea științifică și proiectanții au intensificat căutarea de opțiuni mai curate și mai eficiente care pot fi integrate fără a compromite funcționalitatea sau durabilitatea.
Această dezvoltare răspunde cererii crescânde de soluții durabile pentru lucrări de mare anvergură și introduce componente naturale și tehnologii care transformă viziunea tradițională asupra betonului.
Universitatea din Pennsylvania este lider în cercetarea tehnologiilor pentru construcții durabile, promovând soluții care combină știința, designul și angajamentul față de mediu în dezvoltarea de noi materiale arhitecturale.
De ce amprenta de carbon a betonului este o preocupare pentru sector
De-a lungul istoriei sale îndelungate, betonul a servit ca fundație pentru clădiri iconice și lucrări de civilizație. Utilizarea sa masivă contribuie însă în mod semnificativ la emisiile globale, un fapt subliniat în mod repetat de universitate.
Din acest motiv, ingineri, arhitecți și oameni de știință au decis să își concentreze eforturile pe reinventarea formulelor clasice, cu scopul de a crea amestecuri care să ofere rezistență, dar care să fie capabile să capteze activ carbonul.
Echipa implicată în noua dezvoltare a reunit profesioniști din diverse discipline pentru a concepe o combinație de materiale și procese inedite. Obiectivul principal a fost acela de a proiecta un beton care să păstreze proprietățile esențiale pentru construcții, reducând în același timp impactul asupra mediului prin tehnici de captare și mineralizare a dioxidului de carbon.
Reducerea emisiilor de beton este crucială, având în vedere ponderea acestuia în criza climatică și rolul său central în infrastructura globală, impulsionând căutarea de alternative mai puțin poluante.
Pământ de diatomee și geometrii inspirate din natură
La baza acestei inovații stă utilizarea pământului de diatomee, un produs poros derivat din microalge fosilizate care oferă o textură excepțională. Acest material crește stabilitatea în timpul imprimării și multiplică punctele disponibile pentru a reacționa cu CO2. Universitatea din Pennsylvania a precizat că amestecul mineralizat rezultat necesită mai puțin ciment, îmbunătățind atât echilibrul ecologic, cât și raportul greutate-rezistență al noilor structuri.
Utilizarea imprimării 3D a fost esențială pentru perfecționarea formulării. Kun-Hao Yu, cercetător principal în grupul lui Shu Yang, a perfecționat compoziția „cerneală” de beton și a ajustat detalii precum proporția de apă, diametrul duzei și viteza de depunere.
Yu a indicat, în declarații împărtășite de Universitatea din Pennsylvania, că betonul trebuie să treacă foarte repede de la o stare fluidă la una mai rigidă, adoptând proprietățile sale definitive în timpul și după imprimare. Aceste ajustări tehnice au fost decisive pentru a genera un material funcțional cu indici ridicați de absorbție a carbonului.
De remarcat este și abordarea geometrică realizată. Sub conducerea lui Masoud Akbarzadeh, grupul a recurs la proiecte bazate pe suprafețe minime periodice triple (TPMS). Aceste geometrii, prezente în sisteme naturale precum oasele și coralii, maximizează suprafața disponibilă, optimizează distribuția sarcinilor și minimizează materialul necesar.
Akbarzadeh a explicat, folosind statica grafică poliedrică, cum au creat elemente care mențin rezistența, chiar și reducând cu până la 60% materia utilizată. Testele efectuate cu cuburi de beton TPMS au arătat o rezistență la compresiune de 90% în comparație cu versiunile tradiționale, în timp ce eficiența captării dioxidului de carbon a crescut cu 32% pe unitate de ciment.
Utilizarea organismelor fosilizate și a modelelor structurale naturale permite crearea de amestecuri poroase cu o mai mare capacitate de interacțiune cu mediul și performanțe îmbunătățite.
Știința din spatele noii rezistențe și aplicațiile sale ecologice
Shu Yang, profesoară de inginerie și știința materialelor, a subliniat că betonul își crește rezistența pe măsură ce absoarbe CO2. Această observație contrazice modelele convenționale, conform cărora creșterea porozității duce de obicei la scăderea rezistenței materialelor. În cazul dezvoltării Universității din Pennsylvania, porozitatea oferă avantaje tehnice prin stimularea difuziei dioxidului de carbon și formării carbonatului de calciu, ceea ce întărește structura.
Echipa a subliniat, de asemenea, valoarea reologică — această ramură studiază modul în care particulele curg și interacționează — și contribuția diatomitei la îmbunătățirea întăririi betonului. Yu a relatat că, în ciuda provocărilor legate de lucrul cu imprimante 3D și amestecuri cu porozitate ridicată, materialul s-a întărit după captarea CO2, fapt care i-a surprins chiar și pe responsabilii proiectului.
Posibilitățile de aplicare sunt vaste. Acest beton a fost conceput pentru elemente arhitecturale precum plăci, fațade și panouri portante, dar porozitatea sa ridicată și compatibilitatea cu ecosistemele marine permit utilizarea sa în recife artificiale, patul de stridii sau sisteme de restaurare ecologică.
Profesoara Yang a explicat că suprafața enormă stimulează creșterea organismelor marine, transformând betonul într-un actor activ în îmbunătățirea calității apei și captarea dioxidului de carbon.
Interacțiunea dintre materiale inovatoare și design avansat dă naștere unui beton robust care favorizează utilizările arhitecturale, restaurarea habitatelor și captarea eficientă a CO2.
Proiecții viitoare și perspective pentru arhitectura durabilă
În următorii ani, Universitatea din Pennsylvania va continua să lucreze la extinderea la macrostructuri, utilizarea de armături inovatoare, optimizarea geometriilor și experimentarea cu alți lianți mai puțin poluanți. Cercetările includ posibilitatea eliminării cimentului convențional sau integrarea deșeurilor industriale ca parte a compoziției.
„Vrem să mergem și mai departe: ar fi fezabil să dezvoltăm amestecuri complet fără ciment sau să transformăm fluxurile de deșeuri industriale în componente active?”, a anticipat Shu Yang. Scopul final este transformarea concepției tradiționale a acestui material, potențând capacitatea sa de interacțiune cu mediul și multiplicând contribuția sa la reducerea emisiilor de carbon în construcții.
Proiectul, susținut de Departamentul Energiei al Statelor Unite și de Vagelos Institute for Energy Science and Technology, reflectă puterea colaborării interdisciplinare pentru abordarea schimbărilor climatice prin propuneri tehnologice concrete.
