Инженеры, материаловеды и дизайнеры Пенсильванского университета разработали революционный 3D-печатный бетон, который не только повышает структурную прочность, но и обладает уникальной способностью поглощать углекислый газ (CO₂).
Этот прорывной материал, в основе которого лежит диатомовая земля (DE) — природный биоминерал, состоящий из окаменелых микроскопических водорослей — представляет собой значительный шаг вперед в создании устойчивых строительных материалов. Традиционный бетон, являющийся основой современной инфраструктуры, является крупным источником выбросов парниковых газов, на долю которого приходится около 9% мировых выбросов CO₂. Новая разработка направлена на решение этой насущной экологической проблемы.
Исследователи обнаружили, что добавление диатомовой земли в бетонную смесь улучшает ее стабильность при 3D-печати и создает пористую структуру, идеально подходящую для улавливания CO₂. Бетон способен поглощать до 142% больше CO₂, чем стандартные смеси, при этом снижая содержание цемента. Ключевым элементом инновации является использование структур трижды периодических минимальных поверхностей (TPMS), вдохновленных природными формами, такими как кораллы и кости. Эти сложные геометрические формы, созданные с помощью 3D-печати, максимизируют площадь поверхности и жесткость, одновременно минимизируя использование материала.
Тестирование показало, что напечатанные компоненты использовали на 68% меньше материала по сравнению с традиционными бетонными блоками, увеличив при этом соотношение площади поверхности к объему более чем на 500%. Куб TPMS сохранил 90% прочности на сжатие по сравнению с твердой версией и продемонстрировал на 32% более высокое поглощение CO₂ на единицу цемента. Пористая текстура диатомовой земли не только обеспечивает пути для диффузии углекислого газа в структуру, но и способствует образованию карбоната кальция во время отверждения, что дополнительно укрепляет материал.
Команда Пенсильванского университета в настоящее время работает над масштабированием этой технологии для полноразмерных конструктивных элементов, таких как полы, фасады и несущие панели. Кроме того, они исследуют применение этого бетона в морской инфраструктуре, например, в создании искусственных рифов. Высокая внутренняя площадь поверхности способствует адгезии и росту морских организмов, а сам материал пассивно поглощает CO₂ из окружающей воды, что делает его экологически безопасным решением для восстановления морских экосистем.
Это достижение подчеркивает потенциал передовых материалов и производственных технологий для решения глобальных экологических проблем, предлагая путь к более устойчивому будущему строительства.