Ученые создали новый строительный материал, который может не только выдерживать значительные нагрузки, но и активно очищать атмосферу от углекислого газа.
Вдохновением для группы из Пенсильванского университета послужили микроскопические диатомовые водоросли — древние организмы с уникальной способностью создавать прочные и пористые оболочки из кремнезема. Ученые воспроизвели эти структуры в бетоне, применив технологию 3D-печати, и получили материал нового поколения, обладающий выдающейся прочностью и высокой эффективностью в поглощении CO₂.
Данная разработка станет экологически чистой альтернативой традиционному бетону — второму по потреблению материалу на Земле после воды и ответственному за почти 8% мировых выбросов парниковых газов. Примечательно, что экологичность не снижает прочностные характеристики нового материала. Ключ к этому заключается в диатомите — порошке, полученном из окаменевших панцирей диатомей. Этот природный компонент обладает огромной площадью поверхности и высокой пористостью, что делает его идеальным для улавливания углекислого газа. Обычно увеличение пористости приводит к снижению прочности, однако в данном случае наблюдается обратный эффект: в процессе поглощения CO₂ структура бетона становится лишь крепче.
Учёные разработали инновационную, подходящую для 3D-печати «цементную пасту». В её состав вошли портландцемент, мелкий песок, микрокремнезем и суперпластификатор. В результате получилась достаточно текучая для экструзии смесь, которая быстро стабилизировалась и затвердевала. С помощью роботизированной печати из этой массы создавались сложные решетчатые формы — так называемые трижды периодические минимальные поверхности (TPMS), напоминающие структуры костей или морских раковин. Такие конструкции не только обеспечивают прочность, но и создают дополнительные каналы для захвата CO₂. Для повышения эффекта улавливания углекислоты напечатанные элементы дополнительно обрабатывались гидроксидом кальция, который при взаимодействии с углекислым газом преобразуется в карбонат кальция — минерал, который делает материал ещё более прочным.
Результаты испытаний оказались впечатляющими. Новая бетонная структура поглощала до 146% больше CO₂ по сравнению с обычным бетоном, при этом расход цемента сократился на 68%, а площадь готовой поверхности оказалась в пять раз больше площади конструкций из традиционного бетона. При этом прочность на сжатие сохранилась на уровне 90% от привычных нам бетонных конструкций — это весьма достойный показатель, особенно с учетом, что масса стала значительно меньше. Это означает, что из инновационной массы можно возводить прочные и долговечные здания, используя меньше материала, и такие здания будут активно поглощать углерод.
Фото: hi-tech.mail.ru
