Wydrukowali most w 3D. Pochłania dwutlenek węgla i przypomina kości

Produkcja betonu wiąże się z dość sporymi emisjami dwutlenku węgla. Szacuje się, że betonowe konstrukcje pochłaniają blisko 30% tej ilości podczas całego swojego cyklu życiowego. Ślad węglowy nadal jest dodatni, a producenci i naukowcy od lat starają się go zredukować. Udało się tego dokonać inżynierom z Polyhedral Structural Laboratory na University of Pennsylvania.

Ich nowy projekt Diamanti to betonowy most o wyjątkowej konstrukcji, który absorbuje więcej CO₂ niż zostało wyemitowane przy jego produkcji. Co więcej, do jego budowy zużywa się znacznie mniej materiału niż w przypadku standardowych mostów.

Diamanti to most, którego konstrukcja przypomina kości. Ten szkielet inspirowany naturą ułożony jest w trójwymiarową, kratową strukturę zamiast gęstego monolitu. Ma to zwiększyć jego wytrzymałość przy minimalizacji zużycia materiału i wagi. Dzięki temu most zachowuje tę samą wytrzymałość przy zużyciu o 60% mniej materiału. Budzi to skojarzenia z biologicznymi konstrukcjami występującymi u wielu roślin i zwierząt, np. z klatką piersiową. Projekt został wykonany przy pomocy drukarki 3D.

O ile standardowe budowle z betonu nie pochłaniają nawet jednej trzeciej CO₂ wyemitowanego podczas jego produkcji, o tyle Diamanti może pochłonąć go nawet 142%. Oznacza to zatem ujemny ślad węglowy. Diamanti nie tylko "zeruje" swoje własne emisje, ale również pochłania dodatkowy dwutlenek węgla z atmosfery.

Wybór kości jako źródła inspiracji nie był dla amerykańskich inżynierów przypadkowy. Narządy te - a w zasadzie całe ich układy - słyną bowiem z odporności przy jednoczesnym zachowaniu lekkości. Naturalnie kojarzy się to z mostami. Biomimetyka, czyli naśladowanie rozwiązań biologicznych (naturalnych) w nauce i projektowaniu to ostatnio często spotykany trend.

Niedawno pisaliśmy choćby o robocie-rybie pływającym w morskich głębinach, o sztucznym liściu generującym darmową energię poprzez naśladowanie fotosyntezy czy o sztucznych neuronach tworzących systemy komputerowe potencjalnie zdolne do uruchamiania silnej sztucznej inteligencji. Teraz przyszedł czas na konstrukcje w skali makro.

Motyw mostu z kości pojawia się też w fantastyce, m.in. w grze komputerowej The Elder Scrolls V: Skyrim, gdzie stanowi przejście do lokacji Sovngarde. Tam raczej służył do robienia klimatu, bowiem nie miał jakichś szczególnych cech fizycznych. Diamanti ma natomiast bardzo praktyczne znaczenie. Oprócz wspomnianej oszczędności materiału jest on w stanie absorbować znaczne ilości dwutlenku węgla. Jak to możliwe, skoro nadal jest z betonu? Odpowiedź znów tkwi w biomimetyce - chodzi o specyficzną dla kości porowatość.

Jako że za większą część emisji gazów cieplarnianych przy produkcji betonu odpowiada produkcja cementu, inżynierowie starają się częściowo zastąpić go innymi składnikami. Naukowcy z Pensylwani wykorzystali do tego ziemię okrzemkową (diatomit), naturalnie występujący materiał powstały ze skamieniałych alg, który cechuje znaczna porowatość. Tak powstały kompozyt osiągnął pożądane właściwości.

Diamanti istnieje na razie jedynie w formie 5- i 10-metrowych prototypów, ale inżynierowie chcieliby go zbudować w dużej skali. Co istotne, ma on budowę modułową, a każdy element jest drukowany w 3D przez ramię robotyczne. Pozwala to zaoszczędzić ok. 25% czasu, materiałów i energii, a także zminimalizować wykorzystanie stali o 80%. Diamanti służyć ma jako most dla pieszych.