Disse forskere kan 3D-printe jordbaserede strukturer. Er det fremtiden for byggeriet?

Forskere fra University of Virginia har bevist, at det er muligt at 3D-printe geometrisk komplekse strukturer lavet af jord og frø, og sætter dermed fokus på en vigtig innovation i bestræbelserne på at gøre byggeriet mere miljømæssigt bæredygtigt
Del på facebook
Del på linkedin
Del på twitter
Del på email

Byggeri af jord, også kendt som jordarbejde (earthworks), er en af menneskehedens ældste byggeteknologier. Fra de lange gravhøje i Europa i bondestenalderen til Inka-terrasserne, der kendetegner de amerikanske kontinenter, holder strukturer lavet af jord lang tid efter, at de samfund, der skabte dem, er forsvundet i historien.

Nu arbejder en professor fra University of Virginia på at bringe denne gamle byggeteknologi ind i den moderne tidsalder ved hjælp af eksperimentelle 3D-printmetoder, der har skabt en helt ny måde at bygge grønne vægge på – strukturer, der er dækket af planter, som hjælper en bygning med at nå både funktionelle og æstetiske mål.

Vi talte med professor Ehsan Baharlou, en af de ledende forskere i projektet, om det spændende miljømæssige og kreative potentiale i denne gamle byggemetode – og hvordan jordarbejde måske er på vej til et overraskende comeback i byggebranchen.

En samarbejdsproces

Ifølge professor Baharlou kom ideen til at gentænke jordarbejde fra samtaler, han havde med kolleger, der arbejder på forskellige institutter på University of Virginia.

Baharlou fortæller, at en del af inspirationen bag projektet var gruppens fælles fascination af jordarbejdets historie og det, de så som et uudnyttet potentiale for at blive genopfundet ved hjælp af moderne teknologi.

“Jordarbejde er blevet brugt i tusindvis af år,” siger Baharlou, “men med de seneste fremskridt inden for 3D-printteknologi har vi opdaget, hvor let det er at printe med disse materialer. Vores tilgang var at forsøge at implementere nye funktioner i denne type printsystem ved at bruge et materiale med et lavt kulstofaftryk og tilføje en metode, der ville gøre det muligt for os rent faktisk at absorbere kulstof fra atmosfæren ved at tilføje en ekstra funktionalitet til vægsystemet.”

Den metode, som Baharlou og hans team fandt frem til, var at lade frø spire i materialet i de printede vægge. “Vores idé var at skabe et nærende materiale, der ville understøtte spirings- og blomstringsprocessen,” siger han, “med et miljø, der giver fugt, luftfugtighed og en passende temperatur. Efterhånden som frøene vokser, får de rødder og trækker næring fra jorden. De binder ganske enkelt kulstof fra atmosfæren.”

Teknologiske fremskridt, miljømæssige gevinster

Et af de mest interessante aspekter ved at tilføje spiredygtige frø til 3D-printede jordstrukturer var idéen om effektivt at øge den miljøvenlige karakter af en allerede miljøvenlig byggeteknologi med lavt miljøaftryk.

“Når vi bruger lokale materialer, som vi gør ved opførelsen af jordvægge, kan vi undgå kulstofpåvirkningen fra transport, forarbejdning og mange andre trin i konventionelt byggeri, som forårsager den højeste kulstofudledning,” siger Baharlou. “Vores idé var at udvikle en proces, hvor vi brugte lokal jord fra Virginia. Vi foretog en række test af jordens egenskaber, før vi udviklede vores biotilsætningsstoffer og forberedte jorden til at blive printbar.” Ud over jordens egenskaber som byggemateriale fortæller Baharlou, at han blev imponeret over de æstetiske muligheder i det røde ler.

Da materialet var udviklet, skulle Baharlou og hans team finde ud af, hvordan det bedst kunne bruges til at bygge med. “Vi besluttede at bruge en robotstyret printmetode på grund af den ekstra kontrol, som den gav os over præcisionen og kvaliteten af printprocessen,” siger han. “Ideen i begyndelsen var at tage udgangspunkt i det koncept, at arkitektur er en anvendt videnskab. Vi startede med at lave små prints, og derefter skalerede vi op til større og større strukturer.” Det næste projekt på holdets liste er at bruge printning på stedet til at skabe en voksende jordarbejds-rekonstruktion af University of Virginias ikoniske serpentinvægge, og der vil komme mange flere strukturer derefter.

Mens de fleste 3D-printede bygninger kræver, at robotterne blander og printer, gav Baharlou og kolleger deres udstyr endnu en opgave: at plante frø. “Vi printer jord, blander jorden, blander frøene i og begynder processen forfra”, siger han. “Vi kan træne robotten til at kontrollere, hvilken side af væggen der spirer, og hvilken side der er den ikke-spirende indervæg.”

I alle trin af udviklingsprocessen holdt Baharlou og hans kolleger tanken om miljøvenligt byggeri i fokus. “Vi ønskede at skabe et system, der både kunne indgå i et simpelt byggeri for hurtigt at imødekomme boligbehov, men som også kunne blive en del af genbrugskæden og endda upcycling gennem materiale- og fremstillingsprocessen,” siger han.

Oldgamle teknikker møder moderne teknologi

Ligesom befolkningen i Andesbjergene dyrkede græs på stepperne for at øge stabiliteten af den løse bjergjord, siger Baharlou, at det at blande frø i væggenes struktur øger deres styrke og stabilitet.

“Når man ser, hvordan landskabsarkitektur traditionelt er blevet brugt, er planterne ofte udvalgt på grund af deres evne til at forhindre erosion,” siger Baharlou. “Vores idé var også at bruge beplantning til at undgå erosion og øge stabiliteten af disse 3D-printede jordvægge, som bliver mere og mere almindelige.”

Baharlou og hans kolleger håbede, at den kreative brug af planter som hvidkløver og andet hårdfør mikrogrønt ville bidrage til at reducere behovet for kemiske tilsætningsstoffer i 3D-printede strukturer og erstatte dem med et mere miljøvenligt, biobaseret materiale.

“Inden for betonprintbranchen bruger de forskellige opskrifter, som de gentager igen og igen for at bygge strukturer i forskellige samfund,” siger Baharlou. “Vores håb var at udvikle vores egen opskrift, som kunne bruge et biobaseret materialeadditiv til at øge stabiliteten og hjælpe med at skabe strukturer, der holder.”

Baharlou fortæller, at holdet var nødt til at bruge avancerede materialevidenskabelige teknikker for at skabe disse levende strukturer. “Det var en stor udfordring at arbejde med så mange forskellige lag, der ikke var faste, samt at kontrollere hærdningstiden”, siger han. “Vi var nødt til at holde jorden tilstrækkeligt fugtig til at fremme spiringen, samtidig med at materialet kunne sætte sig.”

Baharlou siger også, at holdet stødte på de forskellige begrænsninger i den eksisterende 3D-printteknologi. “Ud fra et geometrisk synspunkt er der grænser for, hvor meget vi kan lege med pladsen,” siger han. “Vi besluttede at lege med teknologien ved at skabe teksturer og mønstre, samtidig med at vi var opmærksomme på fugtighedsniveauet i de printede vægge.”

Designprocessen blev inspireret af den jordbaserede arkitekturs lange historie som udgangspunkt for at blande gamle designs med banebrydende teknologier. “Forbindelsen mellem jord og arkitektur generelt er ikke ny,” siger Baharlou.

Prisen på tømmer ved udgangen af 2022

Sådan optimeres byggeteknologi til digitalt samarbejde