چاپ سه‌بعدی بتن با کربن‌گیری: انقلاب نوآورانه از سنگاپور!

یه روش نو تو چاپ سه بعدی بتن با گرفتن کربن، از دانشگاه نانیانگ سنگاپور

دانشمندای دانشگاه نانیانگ سنگاپور (NTU Singapore) یه روش جدیدی برای چاپ سه بعدی بتن پیدا کردن که کربن رو هم می‌گیره. این یه راه تازه هست برای کم کردن ضررهایی که صنعت ساخت و ساز به محیط زیست می‌زنه. این روش که خیلی هم خلاقانه است، تو مجله علمی Carbon Capture Science & Technology چاپ شده. هدف اصلیش اینه که رد پای کربن سیمان رو کم کنه. سیمان ماده‌ایه که خودش عامل تولید ۱.۶ میلیارد تن دی‌اکسید کربن(CO2) هست، یعنی حدود هشت درصد از کل انتشار گاز CO2 توی کل دنیا. این کم شدن با کمتر مصرف کردن مواد، زمان ساخت و نیاز به نیروی کار میسر شده.

روش جدید چاپ سه بعدی بتن اینجوریه که بخار و CO2 رو تزریق می‌کنن. اینا رو از زباله‌های فرآیندهای صنعتی جمع می‌کنن و قاطی بتن می‌کنن. اینجوری CO2 مستقیماً توی ساختار بتن ذخیره می‌شه. نتایج نشون داده که تزریق CO2 و بخار، ویژگی‌های فیزیکی بتن رو بهتر می‌کنه و نسبت به بتن‌های معمولی که چاپ می‌شن، محکم‌ترشون می‌کنه.

پروفسور تان مینگ جن، که سرپرست این پژوهش از دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضای (MAE) دانشگاه NTU و مرکز چاپ سه بعدی سنگاپور (SC3DP) بود، گفت: «صنعت ساختمون و ساخت و ساز سهم بزرگی تو انتشار گازهای گلخانه‌ای داره. سیستم جدید چاپ سه بعدی بتن ما یه راه‌حل برای کم کردن کربن ارائه می‌ده که نه تنها ویژگی‌های مکانیکی بتن رو بهتر می‌کنه، بلکه به کم کردن ضررهای این صنعت به محیط زیست هم کمک می‌کنه. این روش نشون می‌ده که می‌شه از CO2 که نیروگاه‌ها یا بقیه‌ی صنایع تولید می‌کنن، برای چاپ سه بعدی بتن استفاده کرد. چون سیمان معمولی کربن زیادی درست می‌کنه، روش ما یه راهه که کربن رو از طریق چاپ سه بعدی بتن، دوباره برگردونیم.»

تیم تحقیقاتی فکر می‌کنن که این نوآوری، یه قدم بزرگ و امیدبخشه به سمت رسیدن به هدف‌های توسعه پایدار جهانی و این که صنعت وابسته به فرآیندهای انرژی‌بر سنتی مثل ساختمون‌سازی با بتن مسلح نباشه.

یه تحول تازه تو چاپ سه‌بعدی بتن

تحقیق جدیدی که انجام شده، براساس پژوهش‌هایی بوده که قبلاً پروفسور تان و تیمش تو مرکز SC3DP دانشگاه NTU و همکارای بین‌المللیشون توی زمینه چاپ سه‌بعدی برای ساخت و ساز داشتن.

بهبود چاپ و افزایش مقاومت

برای این که سیستم چاپ سه بعدی بتن رو بسازن، تیم تحقیقاتی یه چاپگر سه بعدی رو به پمپ‌های CO2 و جت بخار وصل کردن. وقتی این سیستم کار می‌کنه، CO2 و بخار به مخلوط بتن تزریق می‌شن در حالی که دارن سازه رو چاپ می‌کنن. CO2 با مواد تشکیل دهنده بتن واکنش نشون می‌ده و به شکل جامد در میاد که دیگه تو بتن گیر می‌کنه. همزمان، بخار باعث می‌شه CO2 بهتر توی ساختار چاپ شده سه بعدی جذب شه و ویژگی‌های بتن رو بهتر می‌کنه.

نتایج آزمایشگاهی و فایده‌ها برای محیط زیست

تو آزمایشگاه، محقق‌ها فهمیدن که ساختار بتن چاپ شده ۵۰ درصد بهتر چاپ می‌شه، یعنی می‌شه با شکل بهتری طرحش زد و چاپش کرد. همین‌طور، این ساختار از نظر مقاومت و دوام هم بهتر عمل کرد. بتن چاپ شده تا ۳۶.۸ درصد در برابر فشار (یعنی چقدر وزن رو می‌تونه تحمل کنه) و تا ۴۵.۳ درصد در برابر خم شدن (یعنی چقدر می‌تونه خم شه قبل از این که بشکنه) نسبت به بتن معمولی سه بعدی مقاومت بیشتری داشت. نکته مهم اینه که این روش سبزتر هم هست و ۳۸ درصد بیشتر از روش‌های سنتی چاپ سه بعدی، دی‌اکسید کربن رو می‌گیره و تو خودش نگه می‌داره.

حرفای محقق‌ها

لیم شان گیپ، که نویسنده اصلی این مقاله و دانشجوی دکترا از دانشکده MAE دانشگاه NTU بود، گفت: «ما تو یه زمان حساسی هستیم که دنیا داره تندتر تلاش می‌کنه به هدف‌های تغییرات اقلیمی برسه. ما معتقدیم که فناوری ما می‌تونه به پایدارتر شدن صنعت ساخت و ساز کمک کنه.»

دکتر دانیل تی، که از نویسنده‌های دیگه این مقاله و پژوهشگر از دانشکده MAE دانشگاه NTU بود، اضافه کرد: «سیستم پیشنهادی ما نشون می‌ده که چجوری گرفتن دی‌اکسید کربن و استفاده ازش تو چاپ سه بعدی بتن می‌تونه منجر به ساختمون‌های محکم‌تر و سازگارتر با محیط زیست بشه و فناوری ساخت و ساز رو پیشرفت بده.»

ثبت اختراع و آینده تحقیق

یه درخواست ثبت اختراع تو آمریکا برای این نوآوری، به صورت مشترک توسط دانشگاه NTU و همکاراشون ثبت شده. تو پژوهش‌های آینده، محقق‌ها می‌خوان فرآیند چاپ سه بعدی رو بهتر کنن که کارآمدتر بشه و احتمالاً از گازهای زائد به جای دی‌اکسید کربن خالص استفاده کنن.