科学家将二氧化碳转化为超强的3D打印混凝土

科学家已经开发出一种新的3D混凝土打印方法，可以捕获碳，提高材料的强度和可持续性。

这一创新通过将二氧化碳直接掺入混凝土中，大大减少了建筑部门的碳排放，为建筑技术带来了更绿色的未来。

创新的3D混凝土打印

新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的研究人员发明了一种3D混凝土打印方法，可以捕获碳，为减少建筑行业对环境的影响提供了一种新方法。

《碳捕获科学与技术》杂志详细介绍了该技术针对水泥的大量碳足迹。水泥生产每年产生约16亿吨二氧化碳，约占全球二氧化碳排放量的8%。新方法旨在通过减少材料使用、加快施工速度和减少劳动力需求来降低排放。

利用碳捕获增强混凝土性能

该工艺的工作原理是在打印过程中将蒸汽和二氧化碳（从工业过程中捕获的副产品）注入混凝土混合物中。这使得混凝土能够在其结构中捕获和储存二氧化碳。

试验表明，这种方法不仅能储存碳，还能增强混凝土的强度。与传统的3D打印混凝土相比，打印材料显示出更高的机械强度。

混凝土打印技术的进展

该研究的首席研究员，来自南洋理工大学机械与航空航天工程学院（MAE）和南洋理工大学新加坡3D打印中心（SC3DP）的谭明仁教授说：“建筑和建筑行业造成了全球温室气体排放的很大一部分。我们新开发的3D混凝土打印系统不仅提高了混凝土的机械性能，还有助于减少该行业对环境的影响，从而提供了一种减少碳排放的替代方案。它展示了利用发电厂或其他行业产生的二氧化碳进行3D混凝土打印的可能性。由于传统水泥排放大量碳，我们的方法提供了一种通过3D混凝土打印减少二氧化碳的方法。”

研究小组认为，他们的创新为实现全球可持续发展目标和减少行业对钢筋混凝土建筑等传统能源密集型工艺的依赖做出了有希望的贡献。

这项新进展建立在谭教授和他在南大SC3DP的团队以及国际合作者之前的建筑3D打印研究的基础上。

打印和材料强度的进展

为了开发他们的3D混凝土打印系统，研究团队将3D打印机连接到二氧化碳泵和喷射蒸汽的喷嘴上。

当被激活时，该系统在打印结构时将二氧化碳和蒸汽泵入混凝土混合物中。二氧化碳与混凝土中的成分发生反应，变成一种固定在材料内部的固体形式（被隔离和储存）。同时，蒸汽改善了3D打印结构对二氧化碳的吸收，增强了其性能。

实验结果显示显著的改进

在实验室测试中，研究人员发现，打印混凝土结构的可打印性提高了50%，这意味着它可以更有效地成型和打印。

结构也表现出更好的强度和耐久性。与普通的3D打印混凝土相比，打印混凝土的压缩强度（它能承受多少重量）提高了36.8%，弯曲强度（它在断裂前能弯曲多少）提高了45.3%。

值得注意的是，这种方法也更环保，与传统的3D打印方法相比，它吸收和捕获的二氧化碳多38%。

建设行业更绿色、更强大的未来

第一作者Lim Sean Gip是南大理工学院的博士候选人，他说：“我们正处于一个关键时刻，世界正在加快实现气候变化目标的努力。我们相信我们的技术可以为建筑行业的可持续发展做出贡献。”

合著者，南洋理工大学MAE学院的研究员Daniel Tay博士说：“我们提出的系统展示了如何捕获二氧化碳并将其用于3D混凝土打印，从而导致更坚固，更环保的建筑，推进建筑技术。”

南洋理工大学及其合作者已经联合提交了这项创新的美国专利申请。在未来的研究中，研究人员计划优化3D打印过程，使其更高效，并可能使用废气代替纯二氧化碳。

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