據(jù)悉，美國(guó)賓夕法尼亞工程學(xué)院和以色列魏茨曼建筑學(xué)院的多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)正在努力開發(fā)“3D打印碳吸收碳儲(chǔ)存混凝土結(jié)構(gòu)”，這是一種新的建筑體系，可以在混凝土結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面減少碳排放。它將減少隱含碳（用于生產(chǎn)材料、運(yùn)輸材料和建造建筑物的能源）和運(yùn)營(yíng)碳（加熱和冷卻建筑物所需的能源），他們的計(jì)劃是讓全球的建筑商都能利用上該技術(shù)。
該圖展示板、柱和梁中體現(xiàn)最小化材料使用和最大化表面積的設(shè)計(jì)理念
研究團(tuán)隊(duì)表示，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)碳建筑，必須考慮建筑功能的多個(gè)方面，包括查看減少隱含碳的材料量、用于碳捕獲的混凝土混合物以及減少能源使用的運(yùn)營(yíng)績(jī)效。他們的目標(biāo)是找到最有效的幾何形狀，以最大限度地減少所需材料的數(shù)量，從而減少隱含碳和建筑垃圾。
此外，該團(tuán)隊(duì)正在探索柱子、梁和板的理想形狀，這些形狀可以產(chǎn)生熱質(zhì)量來(lái)被動(dòng)加熱和冷卻內(nèi)部。在此過(guò)程中，他們正在創(chuàng)建具有非常大表面積的幾何形狀，這有助于從空氣中吸收更多的碳，同時(shí)產(chǎn)生更多的溫度調(diào)節(jié)，并且無(wú)需持續(xù)使用能源來(lái)調(diào)節(jié)建筑物。
3D打印碳吸收碳儲(chǔ)存混凝土結(jié)構(gòu)
賓夕法尼亞工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系主任 Shu Yang 正在開發(fā)一種碳吸收和儲(chǔ)存混凝土。Yang 的新配方將從空氣中去除碳，并在制造過(guò)程中捕獲碳。該團(tuán)隊(duì)正在尋求開發(fā)一種新的混合物，部分替代水泥，以實(shí)現(xiàn)最佳的碳減排效益和熱性能。2022 年，他們從美國(guó)能源部高級(jí)研究計(jì)劃署能源部(ARPA-E)獲得了 240 萬(wàn)美元的資金，作為其利用排放到從大氣中吸收碳的結(jié)構(gòu) （HESTIA） 計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃支持碳匯的研究，或從大氣中吸收的碳多于施工過(guò)程中釋放的碳的建筑物。從那時(shí)起，他們一直在探索如何優(yōu)化由新型碳吸收混凝土混合物制成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，這種混凝土混合物將捕獲碳并從空氣中去除碳。這項(xiàng)目由來(lái)自德克薩斯 A&M 大學(xué)、紐約城市學(xué)院、費(fèi)城建筑公司 KieranTimberlake 和世界上最大的建筑材料制造商之一Sika的研究人員協(xié)作進(jìn)行。由建筑師和工程師組成的多機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)反映了該項(xiàng)目的雄心壯志，即在建筑過(guò)程的所有方面尋求對(duì)典型基準(zhǔn)的改進(jìn)：結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、混凝土配方、施工方法、制造工藝和生命周期評(píng)估，包括材料生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工和 100 多年來(lái)的熱性能中的碳使用。
混凝土的 3D 打印過(guò)程中嵌入溫度傳感器（引用友綠智庫(kù)圖片）TAL 團(tuán)隊(duì)在一個(gè)特殊的氣候室內(nèi)測(cè)試房間規(guī)模的板模型。當(dāng)打印的混凝土固化時(shí)，他們?cè)趦?nèi)部放置傳感器來(lái)指示板內(nèi)的內(nèi)部溫度，并使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和能量建模來(lái)預(yù)測(cè)不同板設(shè)計(jì)的性能并提出改進(jìn)建議。該團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)是將這些創(chuàng)新作為預(yù)制的 3D 打印梁和帶肋的地板拱門引入建筑市場(chǎng)。
