Η 3D εκτύπωση τσιμέντου με δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) αποτελεί μία από τις πιο καινοτόμες μεθόδους κατασκευής που αναπτύσσονται σήμερα στον τομέα των κατασκευών. Η διαδικασία επιτρέπει τη δημιουργία δομικών στοιχείων και ολόκληρων κτιρίων μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης, ενώ ταυτόχρονα δεσμεύει CO₂ μέσα στο ίδιο το υλικό, μειώνοντας δραστικά το αποτύπωμα άνθρακα της κατασκευής.
Σε αντίθεση με το παραδοσιακό τσιμέντο, το οποίο αποτελεί έναν από τους μεγαλύτερους βιομηχανικούς ρυπαντές παγκοσμίως, η τεχνολογία που αναπτύσσουν οι ερευνητές στο Nanyang Technological University (NTU) στη Σιγκαπούρη, μετατρέπει το τσιμέντο σε μία πραγματική «αποθήκη άνθρακα».
Η δέσμευση του CO₂ κατά την 3D εκτύπωση τσιμέντου μπορεί να γίνει με δύο κύριους τρόπους. Ο πρώτος τρόπος περιλαμβάνει την έγχυση καθαρού διοξειδίου του άνθρακα μέσα στο τσιμεντοειδές μείγμα κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης, με αποτέλεσμα το CO₂ να αντιδρά με το ασβέστιο και να δημιουργεί σταθερούς κρυστάλλους ασβεστίου (CaCO₃), ενισχύοντας τη δομή του υλικού. Ο δεύτερος τρόπος βασίζεται στη χρήση νέων τύπων γεωπολυμερών, τα οποία έχουν φυσική ικανότητα δέσμευσης άνθρακα κατά τη διαδικασία σκλήρυνσης.
Οι ερευνητές εστιάζουν στην πρώτη μέθοδο και τα αποτελέσματα της μελέτης τους δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Carbon Capture Science & Technology. Η έγχυση CO2 βελτίωσε τις μηχανικές ιδιότητες του σκυροδέματος, προσφέροντας αυξημένη αντοχή σε σύγκριση με το συμβατικό 3D εκτυπωμένο σκυρόδεμα. Ωστόσο, οι ερευνητές τονίζουν ότι πρόκειται για μια εναλλακτική λύση για τη μείωση του άνθρακα, όχι μόνο βελτιώνοντας τις μηχανικές ιδιότητες του σκυροδέματος, αλλά και συμβάλλοντας στη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του κατασκευαστικού τομέα καθώς οι εκπομπές άνθρακα που σχετίζονται με την παραγωγή του συμβατικού τσιμέντου είναι αρκετά υψηλές.
Η ερευνητική ομάδα εκτιμά ότι η καινοτομία τους αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη συμβολή στην επίτευξη των παγκόσμιων στόχων βιώσιμης ανάπτυξης και στη μείωση της εξάρτησης της βιομηχανίας από ενεργοβόρες διαδικασίες, όπως οι κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα. Σύμφωνα με τα στοιχεία που έχουν δημοσιεύσει, ένας 3D εκτυπωτής έχει συνδεθεί με αντλίες CO2 και μια διάταξη που εκτοξεύει ατμό. Η διοχέτευση CO2 και ατμού κατά την εκτύπωση ελέγχεται και πραγματοποιείται όταν αυτό είναι επιθυμητό. Το CO2 αντιδρά με τα συστατικά του σκυροδέματος, δεσμεύεται και αποθηκεύεται μέσα στο υλικό. Ταυτόχρονα, ο ατμός βελτιώνει την απορρόφηση του CO2 στην τρισδιάστατα εκτυπωμένη δομή, ενισχύοντας τις ιδιότητες της.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το σκυρόδεμα που παρήχθει παρουσίασε 50% βελτίωση στην εκτυπωτική ικανότητα, άρα μπορεί να διαμορφωθεί και να εκτυπωθεί πιο αποτελεσματικά. Η δομή εμφάνισε επίσης καλύτερη αντοχή και ανθεκτικότητα. Το εκτυπωμένο σκυρόδεμα ήταν κατά 36,8% ισχυρότερο στην πίεση και κατά 45,3% ισχυρότερο στην κάμψη σε σύγκριση με το συμβατικό 3D εκτυπωμένο σκυρόδεμα. Συνολικά, η μέθοδος απορροφά και δεσμεύει 38% περισσότερο CO2 σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους 3D εκτύπωσης.
Πλεονεκτήματα και προκλήσεις
Βασικό πλεονέκτημα είναι η μείωση των εκπομπών CO₂ σε μία βιομηχανία που παραδοσιακά ευθύνεται για το 7–8% των παγκόσμιων εκπομπών. Επιπλέον, η χρήση της ανθρακικής σκλήρυνσης οδηγεί σε υλικά με μεγαλύτερη μηχανική αντοχή και πιο ανθεκτικά τελικά προϊόντα. Η 3D εκτύπωση προσφέρει επίσης ταχύτητα στην κατασκευή και τη δυνατότητα δημιουργίας πολύπλοκων σχεδίων που δύσκολα υλοποιούνται με συμβατικές τεχνικές.
Στην πράξη, η τεχνολογία εφαρμόζεται ήδη πιλοτικά. Για παράδειγμα, η εταιρεία CarbonCure Technologies έχει αναπτύξει μεθόδους έγχυσης CO₂ σε τσιμέντο που χρησιμοποιείται για 3D εκτυπωμένα έργα στις ΗΠΑ και τον Καναδά. Στην Ευρώπη, χώρες όπως η Ολλανδία και η Δανία έχουν υλοποιήσει πιλοτικά έργα, όπως γέφυρες και κατοικίες, χρησιμοποιώντας 3D εκτυπωμένο τσιμέντο με δέσμευση CO₂.
Ωστόσο, η μέθοδος αυτή συνοδεύεται και από προκλήσεις. Το κόστος των απαραίτητων υποδομών για την παραγωγή και τον έλεγχο της ποιότητας του τσιμέντου παραμένει υψηλό. Επίσης, απαιτείται εξασφάλιση σταθερών και μεγάλων ποσοτήτων καθαρού CO₂, γεγονός που συνδέεται με άλλες βιομηχανικές διαδικασίες.
Συνολικά, η 3D εκτύπωση τσιμέντου με δέσμευση CO₂ αναδεικνύεται ως μία από τις πιο υποσχώμενες τεχνολογικές λύσεις ενάντια στην κλιματική αλλαγή καθώς συνδυάζει την καινοτομία στη δόμηση με τη βιωσιμότητα και ανοίγει νέους ορίζοντες για το μέλλον των κατασκευών και την προστασία του περιβάλλοντος.
