3D-udskrivning lokal jord

Kan 3D-udskrivning med lokale jordarter tilbyde et kulstoffattigt alternativ til beton? Del 1

Et forskningslaboratorium eksperimenterer med lokale jordarter, der kan tilbyde en grønnere løsning i fremtiden, og som ikke kræver fjerntransport eller kulstofintensiv produktionsteknik
Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Share on email

Illustration af Rae Scarfó

Efterhånden som klimakrisen forværres, skal hver branche tænke på sin indvirkning på miljøet. Fra 2017 tegnede bygge- og anlægsindustrien sig for næsten 40 % af alle menneskeskabte kulstofemissioner på jorden ifølge en rapport fra World Green Building Council. For at nå de mål, der er skitseret i Parisaftalen, skal industrien reducere emissionerne med 30 % inden 2030 sammenlignet med 2015-niveauet. Det er en enorm opgave, der vil kræve milliarder af dollars i investeringer i næsten alle aspekter af branchen.  

Et område, der er modent til kulstofbesparende innovation, er beton.  Materialet bruges stort set overalt i moderne byggepraksis af gode grunde: Det kan støbes, er holdbart, hældbart, billigt og let at fremstille. Det er dog også utroligt kulstofintensivt. Fremstillingsprocessen for beton er ansvarlig for 8 % af de menneskeskabte CO2-emissioner, ifølge en rapport fra 2018 fra Department of Energy, Environment and Resources.  

Ligesom med stort set alle bestræbelser på at dekarbonisere vores verden er der intet universalmiddel til at opnå dekarbonisering af betonsektoren, og der er en overflod af egeninteresser og vanskelige realiteter, som står i vejen. I stedet vil fremskridt sandsynligvis ske i tusindvis af små trin.  

En radikal løsning 

En løsning er simpelthen ikke at bruge beton. På Texas A&M University undersøger en gruppe forskere muligheden for at bruge lokale jordarter i kombination med 3D-udskrivning til at skabe mere bæredygtige bygninger.  

Muligheden for at bruge lokale jordarter er attraktiv af flere grunde. For det første eliminerer det behovet for at transportere blandingen til en byggeplads, hvilket kan være utroligt kulstofintensivt. Derudover kræver forskernes protokol til oprettelse af vægtbærende jordblandinger, der kan udskrives, ikke den enorme opvarmning, der er nødvendig til at fremstille beton.  

”Kvalitativt set er dette et meget bedre alternativ til beton,” siger Aayushi Bajpayee, som er ph.d.-studerende ved Texas A&M University og den første forfatter til en publikation i 2020, der beskriver teknikken. ”For det første er dannelsen af materialet ikke kulstofintensivt. Jordarterne findes i naturen, og de bruges direkte, i modsætning til beton, hvor ingredienserne fra naturen placeres i en kæmpeovn og varmes op.” 

3D-udskrivning har i de senere år vist sig at være en nyttig teknologi til automatisering af store dele af byggeprocessen og tilbyder positive løsninger til billige boliger, især i hurtigt udviklende dele af verden. Teknologien har dog hidtil næsten udelukkende beroet på beton som det valgte bærende materiale, hvilket potentielt skaber massive stigninger i fremtidige kulstofemissioner, hvis anvendelsen af teknologien udbredes. Brug af lokale jordarter som erstatning for beton ville effektivt give Bajpayee og hendes kolleger mulighed for at udnytte additiv fremstillingsteknik uden massivt at øge branchens kulstofaftryk.  

Der er mange udfordringer 

Jordarter er imidlertid utroligt heterogene og varierer på tværs af geografiske regioner. De spænder fra støvede og tørre til sumpede og våde og indeholder desuden forskellige og indbyrdes blandbare former for ler, klipper, mineraler og biologiske materialer. Udfordringen for forskerne var at skabe en bred vifte af forskellige kemiske protokoller, der kunne tilpasses til behovene i næsten enhver jordtype på jorden.  

”Hvis vi undersøger et sted, hvor vi ikke ved, hvilken type jord der findes, kan vi hurtigt lave en analyse og se, hvilken type indhold der er i jorden. Derefter kan vi ved hjælp af viften af blandinger og forskellige modifikatorer justere vores formuleringer en smule og begynde at udskrive på det sted,” siger Bajpayee. 

Oprettelsen af et sådant system er baseret på at forstå den relevante kemi fra skalaen af atomer til tommer. I et “bevis på konceptet”-eksperiment lykkedes det forskerne at tage jord – en bestemt type ler – fra College Station, Texas, og konvertere den til en ekstruderbar, bærende forbindelse, som de kunne bruge i deres 3D-printer. Bajpayee siger, at den ekstremt heterogene blanding af denne type jord gjorde det til en ekstremt udfordrende opgave.  

”Vi beviste, at vi kan udskrive noget så komplekst som den type jord, der findes i en almindelig have, så alt derefter er meget lettere,” siger hun. 

Vil du vide mere?