Gdy patrzymy na rafę koralową, rzadko myślimy o niej jak o modelu dla przyszłości budownictwa. A jednak właśnie ten niezwykły ekosystem stał się inspiracją dla zespołu z University of Southern California (USC), który opracował metodę przekształcania atmosferycznego CO2 w niezwykle wytrzymały i ognioodporny materiał konstrukcyjny.
Czytaj też: Przełom w budownictwie. Ten beton z biowłóknami przetrwa wszystko
Gra jest warta świeczki, bo budownictwo i produkcja materiałów budowlanych odpowiadają za ok. 11 proc. globalnych emisji CO2. Nowe, skuteczne metody wychwytywania i wykorzystania tego gazu mogą odegrać kluczową rolę w walce ze zmianami klimatycznymi.
Dr Qiming Wang, profesor inżynierii środowiskowej z USC Viterbi School of Engineering, mówi:
To kluczowy krok w ewolucji technologii wychwytywania dwutlenku węgla. Zamiast tylko przechowywać CO2 lub zamieniać go w ciecz, stworzyliśmy proces, który wykorzystuje go do tworzenia struktur nośnych – tak jak robią to koralowce.
Miasta przyszłości będą całkowicie odporne na ogień? To może być rewolucja
W naturalnym środowisku koralowce wychwytują dwutlenek węgla z atmosfery za pomocą fotosyntezy i łączą go z jonami wapnia z wody morskiej, tworząc aragonit – podstawowy budulec ich szkieletów. Zespół z USC odtworzył ten proces w laboratorium.
Czytaj też: Jak oczyścić powietrze w tunelach? Na taką betonozę nikt nie będzie narzekał
Badacze stworzyli przy użyciu druku 3D polimerowe rusztowania przypominające strukturą te biologiczne, a następnie pokryli je cienką, przewodzącą warstwą i zanurzyli w roztworze chlorku wapnia. Po dodaniu CO2, w roztworze zachodziła hydroliza, w wyniku której powstawały jony wodorowęglanowe. Te reagowały z jonami wapnia, tworząc węglan wapnia (CaCO3), który stopniowo wypełniał pory struktury.
Efekt? Gęsty, mineralno-polimerowy kompozyt o wyjątkowej wytrzymałości mechanicznej, odporności na pękanie i – co zaskakujące – doskonałych właściwościach ognioodpornych. Warto nadmienić, że choć sam polimer użyty do stworzenia rusztowania nie jest odporny na wysoką temperaturę, po mineralizacji kompozyt zachował swoją integralność nawet po 30 minutach bezpośredniego kontaktu z płomieniem.
Dr Qiming Wang dodaje:
To naturalny mechanizm samogaszenia. Wysoka temperatura powoduje wydzielanie niewielkiej ilości CO2 z węglanu wapnia, co skutkuje lokalnym efektem gaśniczym. To ogromna zaleta w zastosowaniach budowlanych, gdzie bezpieczeństwo przeciwpożarowe jest priorytetem.
Co więcej, uszkodzone struktury można naprawić za pomocą niskonapięciowego prądu – dzięki reakcji elektrochemicznej pęknięcia się zasklepiają, a materiał odzyskuje swoje właściwości mechaniczne.
Przeprowadzona przez zespół analiza cyklu życia materiału wykazała, że nowy kompozyt ma ujemny ślad węglowy. Oznacza to, że wychwycona ilość dwutlenku węgla przewyższa emisje związane z produkcją i zastosowaniem materiału. To niezwykle rzadkie osiągnięcie w przemyśle materiałów budowlanych.
Technologia została opisana w npj Advanced Manufacturing i opatentowana, a badacze planują jej komercjalizację. Materiał może być produkowany modułowo i łączony w większe konstrukcje nośne, co czyni go potencjalnym fundamentem przyszłych budynków – od domów jednorodzinnych po infrastruktury miejskie.
Jeśli nowy materiał znajdzie szerokie zastosowanie, może to prowadzić do powstania miast, które nie tylko nie szkodzą środowisku, ale wręcz aktywnie poprawiają jego stan – działając jak “gąbki” pochłaniające dwutlenek węgla. W połączeniu z energią odnawialną, zieloną urbanistyką i gospodarką obiegu zamkniętego, taka technologia może stać się fundamentem nowej epoki zrównoważonego rozwoju.