تکنیک جدید چاپ سه‌بعدی با حفظ CO2 در بتن، قدرت را ۴۵٪ افزایش می‌دهد
دانشمندان دانشگاه فناوری نانیانگ سنگاپور (NTU سنگاپور) روش جدیدی از چاپ بتن سه‌بعدی ابداع کرده‌اند که دی‌اکسید کربن را جذب و ذخیره می‌کند و قدمی مهم به سمت کاهش اثرات زیست‌محیطی صنعت ساختمان برداشته است.
این تکنیک نوآورانه راه‌حلی امیدوارکننده برای کاهش انتشار گسترده کربن در صنعت سیمان ارائه می‌دهد.
فرایند کار با ترکیب CO₂ و بخار که محصولات جانبی فرآیندهای صنعتی هستند در مخلوط بتن هنگام چاپ سه‌بعدی اتفاق می‌افتد. همانطور که مواد چاپ می‌شوند، CO₂ با اجزای بتن واکنش می‌کند و ترکیب جامد و پایداری را تشکیل می‌دهد که در ساختار باقی می‌ماند.
در کنار آن، بخار جذب CO₂ را تقویت می‌کند و قدرت و چاپ‌پذیری مواد را افزایش می‌دهد. آزمایشات آزمایشگاهی تأیید کردند که این روش نه تنها کربن بیشتری را جذب می‌کند بلکه بتن تولید شده قوی‌تر و دوام بیشتری نسبت به بتن چاپ سه‌بعدی معمولی دارد.
قوی‌تر، سبزتر، کارآمدتر
تولید سیمان مسئول حدود ۱.۶ میلیارد تن متریک CO₂ در سال است— حدود هشت درصد انتشارات جهانی. با کاهش استفاده از مواد، زمان ساخت و نیاز به کار، روش توسعه یافته توسط NTU جایگزین سبزتری برای رویه‌های ساختمانی ارائه می‌دهد.
در ارزیابی‌های دقیق آزمایشگاهی، محققان NTU دریافتند که بتن چاپ سه‌بعدی متشکل از کربن یک بهبود ۵۰ درصدی در چاپ‌پذیری نشان می‌دهد و امکان ساخت سریع‌تر و دقیق‌تر را فراهم می‌سازد. خواص مکانیکی آن نیز به طور قابل توجهی بهبود یافته است: ساختار چاپ شده تا ۳۶.۸ درصد در برابر فشار (مقاومت در برابر وزن) و ۴۵.۳ درصد در خمیدگی (انعطاف‌پذیری) قوی‌تر نسبت به بتن چاپ سه‌بعدی استاندارد بود.
به ویژه، این روش ۳۸ درصد بیشتر از فرآیندهای چاپ سه‌بعدی سنتی CO₂ را جذب و ذخیره کرد، که آن را به یک گزینه کاملاً سبزتر برای پروژه‌های ساخت‌وساز تبدیل می‌کند.
پروفسور تان مینگ جن، محقق اصلی این مطالعه از دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضای NTU (MAE) و مرکز چاپ سه‌بعدی سنگاپور (SC3DP) تأکید کرد که توسعه این تکنولوژی آثار گسترده‌ای دارد. "بخش ساخت و ساز سهم قابل‌توجهی از انتشارات گازهای گلخانه‌ای جهانی را دارد."
"سیستم جدید چاپ بتن سه‌بعدی ما یک گزینه کاهش کربن را با بهبود خواص مکانیکی بتن ارائه می‌دهد و به کاهش تاثیرات زیست‌محیطی این بخش کمک می‌کند. این نشان‌دهنده امکان استفاده از CO 2 تولید شده توسط نیروگاه‌ها یا صنایع دیگر در چاپ سه‌بعدی بتن است."
شکل‌دهی به آینده ساخت‌وساز پایدار
توسعه این فناوری جذب کربن در زمانی بحرانی صورت گرفته است که صنایع جهانی در حال تلاش برای دستیابی به اهداف تغییرات اقلیمی هستند. دکتری شان گیپ، نویسنده اصلی مطالعه، تأکید کرد که تیم در تلاش برای رفع این نیاز فوری هستند: "ما در زمان حساسی قرار داریم که جهان در تلاش است تا اهداف تغییرات اقلیمی را تحقق بخشد. ما معتقدیم که تکنولوژی ما می‌تواند به افزایش پایداری صنعت ساخت‌وساز کمک کند."
دکتر دنیل تای، نویسنده همکار و پژوهشگر در دانشکده MAE NTU، به مزایای دوگانه این نوآوری اشاره کرده است: "سیستم پیشنهادی ما نشان می‌دهد که چگونه جذب دی‌اکسید کربن و استفاده از آن در چاپ سه‌بعدی بتن می‌تواند به ساختمان‌هایی قوی‌تر و زیست‌محیطی‌تر منجر شود و تکنولوژی ساخت‌وساز را پیش ببرد."
به آینده نگاه می‌کنیم، محققان یک درخواست ثبت اختراع مشترک در ایالات متحده با همکارانشان برای حفاظت از مالکیت فکری این نوآوری ثبت کرده‌اند. پژوهش‌های آینده بر بهینه‌سازی فرآیند چاپ برای افزایش کارایی و استفاده از گازهای پس‌مانده به جای CO₂ خالص متمرکز خواهند بود، که بیشتر مزایای زیست‌محیطی سیستم را افزایش می‌دهد.
این تحقیق در Carbon Capture Science & Technology منتشر شده است.
