Τσιμέντο… εξπρές: Νέο υλικό 3D εκτύπωσης στερεοποιείται σε 3 μέρες αντί για 4 εβδομάδες

Η 3D εκτύπωση κατοικιών έχει γίνει συνώνυμη της ταχύτητας. Τα τείχη ενός σπιτιού μπορούν να υψωθούν σε λίγες μόνο ώρες, όμως το αδύναμο σημείο παραμένει το ίδιο: το σκυρόδεμα χρειάζεται σχεδόν έναν μήνα για να ωριμάσει πλήρως. Μια ερευνητική ομάδα στο Oregon State University υπόσχεται να ανατρέψει αυτό το δεδομένο παρουσιάζοντας ένα νέο υλικό για 3D εκτύπωση που αποκτά την απαραίτητη αντοχή σε μόλις τρεις ημέρες.

Για να καταλάβουμε πόσο ριζική είναι η αλλαγή, αρκεί να θυμηθούμε τη βασική σύνθεση του παραδοσιακού σκυροδέματος. Νερό, αδρανή υλικά και τσιμέντο, το τελευταίο είναι αυτό που απαιτεί έως και 28 μέρες για να σκληρύνει επαρκώς. Η επιβράδυνση αυτή είναι μόνο μία όψη του προβλήματος. Η παραγωγή του τσιμέντου τύπου Portland, που κυριαρχεί στον κλάδο, απαιτεί θέρμανση σε θερμοκρασίες που πλησιάζουν τους 1.450 βαθμούς Κελσίου. Η διαδικασία αυτή εκλύει τεράστιες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα, τόσο από την καύση καυσίμων όσο και από τη χημική μεταμόρφωση του ασβεστόλιθου. Το αποτέλεσμα: έως και 8% των παγκόσμιων ανθρωπογενών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου αποδίδονται στην παραγωγή τσιμέντου.

Εδώ ακριβώς έρχεται να παρέμβει το νέο υλικό που ανέπτυξαν ο καθηγητής Devin Roach, ο υποψήφιος διδάκτορας Nicolas Gonsalves και η ομάδα τους. Αντί για τσιμέντο Portland, χρησιμοποιούν ένα μείγμα που βασίζεται κυρίως σε αργιλώδες χώμα, το οποίο έχει εμπλουτιστεί με ίνες κάνναβης, άμμο και biochar, ένα υλικό που μοιάζει με κάρβουνο και παράγεται με πυρόλυση οργανικών υπολειμμάτων χωρίς παρουσία οξυγόνου. Το biochar όχι μόνο προσφέρει δομική ενίσχυση αλλά λειτουργεί και ως μέσο δέσμευσης άνθρακα, κάνοντας το τελικό υλικό σημαντικά πιο φιλικό προς το περιβάλλον.

Το πραγματικό άλμα όμως γίνεται στο κομμάτι της σύνδεσης. Εκεί όπου θα περίμενε κανείς τσιμέντο, η ομάδα χρησιμοποιεί έναν ακρυλαμιδικό δεσμευτικό παράγοντα που ενεργοποιείται θερμικά. Μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται μετωπικός πολυμερισμός, ο παράγοντας αυτός ξεκινά την σκλήρυνση ακριβώς τη στιγμή που το μίγμα εξέρχεται από το ακροφύσιο του εκτυπωτή. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι το υλικό αποκτά άμεσα αντοχή ικανή να στηρίξει πολλαπλά στρώματα, καθώς και να σχηματίσει προβολές χωρίς υποστήριξη, όπως για παράδειγμα το πάνω μέρος ενός ανοίγματος για παράθυρο.

Σύμφωνα με τον Roach, το υλικό φτάνει σε αρχική αντοχή 3 megapascals αμέσως μετά την εκτύπωση, κάτι που επαρκεί για τη δημιουργία τοίχων ή σκεπών πολλαπλών στρωμάτων. Μέσα σε μόλις τρεις μέρες υπερβαίνει τα 17 megapascals, το όριο που απαιτείται για χρήση σε κατασκευές κατοικιών σύμφωνα με τα ισχύοντα πρότυπα. Για σύγκριση, το παραδοσιακό σκυρόδεμα χρειάζεται έως και τέσσερις εβδομάδες για να φτάσει το ίδιο επίπεδο σταθερότητας.

Η πλήρης σκλήρυνση ολοκληρώνεται μέσα σε οκτώ έως δέκα μέρες, με την τελική αντοχή να ξεπερνά τα 40 megapascals, τιμή που τοποθετεί το υλικό σε κατηγορία συγκρίσιμη ή και ανώτερη από πολλές μορφές συμβατικού σκυροδέματος. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για πιο άμεση ανέγερση κατασκευών, μικρότερο χρόνο αναμονής μεταξύ των σταδίων και πιθανότατα μειωμένο κόστος εργασιών.

Δεν είναι όμως όλα λυμένα. Παρά την υποσχόμενη απόδοση και το μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα, το νέο υλικό παραμένει ακριβότερο από τις καθιερωμένες λύσεις. Η ομάδα εργάζεται ήδη στη βελτίωση της διαδικασίας παραγωγής, με στόχο να μειώσει κόστος και να επιτρέψει την ευρεία εφαρμογή του στην κατασκευή κατοικιών.

Αν το υλικό καταφέρει να φτάσει σε επίπεδα τιμής ανταγωνιστικά με το τσιμέντο Portland, τότε ο κλάδος της 3D εκτύπωσης κτιρίων μπορεί να ετοιμάζεται για μια πραγματική μετάβαση. Η δυνατότητα να ολοκληρώνεται μια κατασκευή σε λίγες μέρες αντί για εβδομάδες δεν είναι απλώς θέμα ταχύτητας, αλλά μια πιθανή επανάσταση στην αποδοτικότητα, στις εκπομπές ρύπων και στην οικονομία του δομημένου περιβάλλοντος.