天然的尚好 科學家用土壤3D列印出建築物 目標取代混凝土

許芷榕
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天然的尚好 科學家用土壤3D列印出建築物 目標取代混凝土
天然的尚好 科學家用土壤3D列印出建築物 目標取代混凝土

2020年08月28日 環境資訊中心綜合外電;姜唯 編譯;林大利 審校 環境資訊中心綜合外電;姜唯 編譯;林大利 審校

英國衛報報導,科學家開發出利用土壤3D列印的技術。科學家認為,若能利用當地土壤3D列印出綠建築,可能為建築業帶來革命。

科學家開發出利用土壤3D列印的技術。照片來源:美國化學學會新聞稿/Aayushi Bajpayee 科學家目標要讓任何土壤都能成為建築原料

根據國際能源署資料,水泥業的二氧化碳排放量佔總排放量大約7%。這種技術的目的在於用土壤取代混凝土,是一種永續的替代方案。

德州農工大學化學工程與材料科學教授班納吉(Sarbajit Banerjee)說,3D列印讓他們能夠列印出整個建築立面,儘管要使此類結構滿足現有建築法規仍然是一項重大挑戰。

水泥是許多建築工程使用的主要材料,但不能回收利用,需要耗費大量能量進行混合和運輸。研究團隊的目標是讓任何庭院中都能找到的土壤類型作為列印出建築結構的原料。

班納吉說:「雖然水泥的普及讓人人都有像樣的房子可以住,並促進了城市的發展,卻付出了可觀的環境代價。」

「用水泥3D列印可能讓這個問題更嚴重。所以我們想出一種用天然材料蓋房子的新方法。使用此類材料,有助於使建築物的設計更能適應當地氣候需求,而非大量生產讓到處都是一模一樣的房子。」班納吉表示,「我們認為,這能提供全世界最需要的人們有尊嚴的居所。」

此外,使用當地材料將減少長距離運輸水泥的需求,進一步減少建築物對環境的影響。 為了取代水泥 研究團隊透過實驗提高土壤的承重能力

研究人員首先從自家後院收集土壤樣本,使用一種新的環保添加劑對材料加以處理,使其有足夠黏性並能夠被3D列印機擠出。由於土壤隨地區不同而有很大差異,因此研究團隊希望開發出一種化學「工具包」,可以將任何類型的土壤變成可列印的建築材料。以這個想法為基礎,班納吉打造了小型的測試結構——每邊長2英吋(5.08公分)的立方體,用來觀察材料擠出後層層堆疊時的性能。

腳下的土壤是否能代替水泥,取決於能否提高土壤承重能力。因此下一步是確保混合物具有足夠承重能力,必須要可以承受各層材料跟建築中使用的其他材料(如鋼筋和絕緣材料)的重量。為了解決這個問題,研究人員透過如拉上拉鍊般的方式將材料表面黏合來增強混合物的強度,防止其吸收水分膨脹後損害列印結構。研究人員說,這種方法能讓土壤材料承重能力倍增。

歐洲第一棟用3D列印印出來,可供居住的房子。照片來源:維基百科(CC BY-SA 4.0)

接下來,研究小組要繼續改善承重能力,擴大測試結構使其儘可能接近水泥。他們正在收集資料,以確認這些3D列印結構是否如預期地環境友善,特別是在碳足跡和回收潛力方面。當研究人員進一步掌握地球土壤的化學性質、功能和可行性,他們計畫將這項技術搬到地球之外。

「我們認為這項研究不僅是替代水泥的方法,也能幫助在艱困環境中施工。例如,我們想要解決在亞寒帶建立全天候可使用道路的問題。有一天也可能在地球以外的星球使用,在月球甚至火星上創造定居點。」班納吉說。 參考資料

- 衛報(2020年8月21日),Scientists create 3D-printed buildings from soil

- SciTech(2020年8月21日),3D Printing Greener Buildings Using Sustainable Building Material Made From Local Soil