賓夕法尼亞大學（University of Pennsylvania）的研究團隊在永續建築材料領域取得重大突破，成功研發出一種創新的3D列印混凝土，不僅大幅提升結構性能，更能有效捕捉二氧化碳（CO₂）。這項技術結合了源自微小藻類化石的矽藻土（diatomaceous earth, DE）與三次方週期最小表面（triply periodic minimal surface, TPMS）結構，為解決傳統混凝土對環境造成的沉重負擔提供了新的途徑。
傳統混凝土作為現代建築的基石，其生產過程卻是全球溫室氣體排放的主要來源之一，估計佔全球總排放量的8%至9%。為了應對氣候變遷的嚴峻挑戰，尋找更環保的建築解決方案已成為當務之急。賓州大學的工程師、材料科學家與設計師們，正是著眼於此，透過結合尖端3D列印技術與大自然的智慧，創造出這種革命性的材料。
這項創新技術的核心在於矽藻土。這種由微小藻類化石形成的天然材料，因其獨特的細緻多孔結構，如同海綿般能夠有效吸附二氧化碳。研究發現，將矽藻土融入混凝土配方中，不僅能穩定3D列印過程中的材料流動性，更能顯著增強混凝土的二氧化碳捕捉能力，相較於標準混凝土，其捕捉量可高達142%。更令人驚喜的是，隨著材料吸收二氧化碳的過程，其結構強度反而會隨之提升，這與傳統觀念中增加孔隙度會降低強度的認知大相逕庭，展現了材料科學與仿生設計的迷人潛力。
另一項關鍵的創新是採用了三次方週期最小表面（TPMS）結構。這些結構的設計靈感來自於珊瑚和骨骼等自然界的精巧幾何形態，能夠在最大化材料表面積與剛性的同時，將材料使用量降至最低。透過3D列印技術，研究人員得以精確建構這些複雜的TPMS幾何形狀，使得列印出的構件相較於傳統混凝土塊，材料使用量減少了約68%，表面積與體積比則增加了超過500%。儘管結構內部充滿孔隙，TPMS結構的混凝土立方體仍能保有實心版本的90%壓縮強度，並在每單位水泥的二氧化碳吸收量上，提升了32%。
這項技術的潛力不僅止於建築結構本身。研究團隊正積極探索將此碳捕捉混凝土應用於海洋基礎設施，例如建造人工珊瑚礁。其多孔性與生態相容性，不僅有助於海洋生物附著生長，更能被動地從周圍水中吸收二氧化碳，這為修復海洋生態系統和減緩海洋酸化提供了令人振奮的可能性。這項研究成果象徵著一種更為積極的環保態度，即建築材料不僅能支撐我們的生活，更能主動地為地球的健康做出貢獻，將人造結構與自然環境的和諧共生推向新的境界。