水泥基建筑 3D 打印技術(shù)，有望解決全球碳排放帶來的氣候問題

在過去的幾十年里，全球人口一直在穩(wěn)步增長，這意味著房屋等建筑數(shù)量也在隨之攀升。住宿建設(shè)必不可少的是水泥產(chǎn)品（包括水泥和混凝土），這是當(dāng)今使用最廣泛的資源之一。根據(jù)聯(lián)合國經(jīng)濟和社會事務(wù)部（人口司）進行的預(yù)測未來幾年世界人口的研究報告顯示：到 2060 年，這個星球上的人口預(yù)計將超過 100 億�？紤]到目前約占二氧化碳排放總量 8% 的水泥生產(chǎn)，建筑行業(yè)的排放量可能會進一步增加。

因此，由 Ankita Gangotra、Emanuela Del Gado 和 Joanna I. Lewis 組成的研究團隊一直在研究使用水泥和相關(guān)材料進行 3D 打印的可能性，他們都在美利堅合眾國喬治城大學(xué)工作氣候保護。關(guān)于這個令人興奮的建筑行業(yè)水泥 3D 打印項目，您可以在發(fā)表在《Commun Eng》期刊上的題為“3D printing has untapped potential for climate mitigation in thecement sector”研究論文中找到進一步信息。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s44172-023-00054-7

二氧化碳對我們星球的威脅是一個日益嚴重的問題，由于水泥的生產(chǎn)和使用在其中起著重要作用，因此需要3D打印等新興建造技術(shù)才能在水泥和混凝土供應(yīng)鏈實現(xiàn)碳中和。研究人員在工作過程中一直致力于實現(xiàn)水泥行業(yè)的脫碳目標(biāo)。這意味著經(jīng)濟運行方式的改變，這應(yīng)該會減少碳排放。

△水泥3D 打印(C3DP)的一個例子：奧地利的第一座 3D 打印建筑（圖片來源：PERI 3D Construction GmbH）

通過水泥 3D 打印可以保護氣候嗎？

我們知道，建筑領(lǐng)域的增材制造為我們節(jié)省了材料、時間和成本，還最大限度地減少了人力工作量，但在考慮氣候保護方面的可能性時，研究人員表示3D打印仍有很大潛力在水泥供應(yīng)鏈和后續(xù)建筑過程中， 3D 打印的使用還可以持續(xù)減少溫室氣體排放。研究人員表示，在該供應(yīng)鏈的第一步中，這可能涉及生產(chǎn)新型低碳 3D 打印水泥混合物，這些水泥混合物已用其他膠凝材料增強。例如，這可能包括工業(yè)廢物，如飛灰或礦渣，但也可能包括自然形成的材料，例如粘土。研究論文中表示，地質(zhì)聚合物和來自傳統(tǒng)混凝土的回收材料等替代粘合劑也可用于此目的。所有這些更新用于后續(xù) 3D 打印的水泥混合物的因素都可以減少排放。

如果我們看看 3D 打印過程本身，減少材料浪費等因素可以減少排放，因為 3D 打印只使用最終需要的材料量。在材料的可能性上可以看到進一步的減排，其中一些材料可以從當(dāng)?shù)孬@得，這避免了資源必須長途跋涉才能運送，因此也可以減少排放。然而，除了所有這些有助于氣候保護的直接影響因素外，有害的環(huán)境影響也很重要，例如煙霧的形成、化石燃料的產(chǎn)生或富營養(yǎng)化。

但是，如果要將水泥 3D 打印用作實現(xiàn)氣候目標(biāo)的獨特方式，則需要嚴密控制。這些控制主要與 3D 打印期間的流動特性有關(guān)，但也與打印層的合并有關(guān)。

3D 打印建筑的全球戰(zhàn)略

當(dāng)我們審視那些在建筑領(lǐng)域（包括水泥領(lǐng)域）優(yōu)先考慮 3D 打印的國家的國際戰(zhàn)略時，這篇研究論文與時俱進的事實就很明顯了。例如，2021 年 1 月，美國國防部決定進一步發(fā)展增材制造，包括混凝土結(jié)構(gòu)中的 3D 打印�；�于此，他們強調(diào)了進一步制定政策的緊迫性。2021年，迪拜設(shè)定了一個雄心勃勃的目標(biāo)，即到 2030 年使用 3D 打印制造所有新建建筑的 25%。在中國，政府對水泥 3D 打印的資助也有所增加，并用于幾個重大建設(shè)項目。