ساخت و ساز کربن منفی باعث ایجاد مصالح ساختمانی قوی تری می شود

24 مارس 2025-© shutterstock/dee karen

یک روش جدید با الهام از صخره های مرجانی می تواند دی اکسید کربن را از جو گرفته و آن را به مصالح ساختمانی مقاوم و مقاوم در برابر آتش تبدیل کند و راه حلی امیدوارکننده برای ساخت و سازهای کربن منفی ارائه دهد.رویکرد جدید به ساخت و سازهای کربن منفی از توانایی طبیعی صخره های مرجانی اقیانوس برای ایجاد ساختارهای قوی با جداسازی دی اکسید کربن الهام می گیرد.

کامپوزیت های پلیمری معدنی به دست آمده استحکام مکانیکی فوق العاده، چقرمگی شکست و قابلیت های مقاوم در برابر آتش را نشان می دهند.

Qiming Wang، دانشیار مهندسی عمران و محیط زیست در دانشکده مهندسی USC Viterbi گفت: «این یک گام اساسی در تکامل تبدیل دی اکسید کربن است.برخلاف فن‌آوری‌های سنتی جذب کربن که بر ذخیره‌سازی دی اکسید کربن یا تبدیل آن به مواد مایع تمرکز می‌کنند، ما متوجه شدیم که این فرآیند جدید تولید الکتروشیمیایی، این ترکیب شیمیایی را به مواد معدنی کربنات کلسیم در داربست‌های پلیمری چاپ سه‌بعدی تبدیل می‌کند.

فن آوری های جذب کربن موجود عموماً بر ذخیره دی اکسید کربن یا تبدیل آن به مواد مایع متمرکز هستند. با این حال، این به طور کلی گران و ناکارآمد است.این روش جدید ساخت و ساز کربن منفی با ادغام جذب کربن به طور مستقیم در مصالح ساختمانی راه حلی ارزان تر ارائه می دهد.این به طور مستقیم از نحوه ایجاد ساختارهای اسکلتی آراگونیتی خود که به عنوان کورالیت شناخته می شوند، الهام گرفته شده است.

در طبیعت، مرجان ها از طریق فرآیندی به نام بیومینرالیزاسیون، مرجان ها را می سازند، که در آن مرجان ها دی اکسید کربن را از جو با فرآیند فتوسنتز جدا می کنند. سپس، ترکیب شیمیایی را با یون های کلسیم از آب دریا ترکیب می کند تا مواد معدنی کلسیم را در اطراف قالب های آلی رسوب دهد.

تیم تحقیقاتی این فرآیند را با ایجاد داربست های پلیمری چاپ سه بعدی که الگوهای ارگانیک مرجانی را تقلید می کرد، تکرار کردند.سپس آنها را با یک لایه نازک رسانا پوشاندند. این ساختارهای پوشش داده شده سپس به عنوان کاتد به مدارهای الکتروشیمیایی متصل شدند و در محلول کلرید کلسیم غوطه ور شدند.هنگامی که دی اکسید کربن به محلول اضافه شد، تحت هیدرولیز قرار گرفت تا به یون های بی کربنات تجزیه شود. این یون ها با کلسیم موجود در محلول واکنش دادند و کربنات کلسیم را تشکیل دادند که به تدریج منافذ چاپ شده با چاپ سه بعدی را پر کرد.این منجر به محصول نهایی، یک کامپوزیت معدنی-پلیمر متراکم شد.

مزایای مواد مقاوم در برابر آتش

شگفت‌انگیزترین ویژگی ماده کامپوزیتی آزمایشی واکنش آن به آتش بود.در حالی که داربست های پلیمری چاپ سه بعدی فاقد ویژگی های ذاتی مقاوم در برابر آتش هستند، کامپوزیت های معدنی یکپارچگی ساختاری خود را تحت آزمایش های شعله آزمایشی تیم تحقیقاتی حفظ کردند.

وانگ گفت: «روش تولید کربن منفی یک مکانیسم اطفاء حریق طبیعی 30 دقیقه قرار گرفتن در معرض مستقیم شعله را نشان داد.زمانی که مواد معدنی کربنات کلسیم در معرض دمای بالا قرار می گیرند، مقادیر کمی دی اکسید کربن آزاد می کنند که به نظر می رسد اثر خاموش کننده آتش دارد.این ویژگی ایمنی داخلی مزایای قابل توجهی را برای کاربردهای ساخت و ساز و مهندسی که در آن مقاومت در برابر آتش حیاتی است فراهم می کند.

علاوه بر مقاومت در برابر آتش، سازه های ساخته شده ترک خورده را می توان با اتصال آنها به برق فشار ضعیف ترمیم کرد. واکنش‌های الکتروشیمیایی می‌توانند دوباره به رابط‌های ترک خورده بپیوندند و استحکام مکانیکی را بازیابی کنند.

آینده ساخت و سازهای کربن منفی

پس از ارزیابی دقیق چرخه عمر، محققان دریافتند که روش تولید دارای ردپای کربن منفی است و نشان می‌دهد که جذب کربن بیشتر از انتشار کربن مرتبط با تولید و عملیات است.

محققان همچنین نشان دادند که چگونه کامپوزیت های تولید شده را می توان با استفاده از رویکرد مدولار در سازه های بزرگتر مونتاژ کرد و سازه های باربر در مقیاس بزرگ ایجاد کرد. مواد کامپوزیت به طور بالقوه می توانند در ساخت و ساز و سایر کاربردهایی که نیاز به مقاومت مکانیکی بالا دارند استفاده شوند.

وانگ نتیجه گرفت که محققان قصد دارند بر تجاری سازی فناوری ثبت اختراع تمرکز کنند.

با توجه به اینکه مصالح ساختمانی و ساخت و ساز مسئول حدود 11 درصد از انتشار کربن در جهان هستند، روش جدید تولید کربن منفی این مطالعه زمینه را برای امکان ساختمان‌های کربن منفی فراهم می‌کند.