17 feb. 1999
3 minuten
Hoewel beton het meest populaire materiaal is voor veel bouwprojecten, heeft het een grote ecologische voetafdruk, wat resulteert in een hoog afval- en energiegebruik. Maar er is vooruitgang in de richting van een duurzaam bouwmateriaal gemaakt van lokale aarde, waarvan met behulp van een 3D-printer een dragende structuur wordt gecreëerd.
"De milieu-impact van de bouwsector baart ons steeds meer zorgen", zegt hoofdonderzoeker Sarbajit Banerjee. "Sommige onderzoekers zijn overgestapt op additive manufacturing. Die vooruitgang is begonnen om deze sector te transformeren in termen van vermindering van afval, maar de materialen die in het proces worden gebruikt, moeten ook duurzaam zijn."
Bouwprojecten waarbij geëxtrudeerde betonlagen worden gebruikt, hebben bijvoorbeeld het potentieel van additive manufacturing aangetoond om snel en goedkoop constructies te bouwen. Volgens het Internationaal Energieagentschap is de betonproductie echter verantwoordelijk voor ongeveer 7% van de kooldioxide-uitstoot en kan deze niet worden gerecycled.
"Vroeger bouwden mensen met lokaal geproduceerde materialen, zoals adobe, maar de overstap naar beton heeft veel milieuproblemen opgeleverd", zegt collega Aayushi Bajpayee. "Onze gedachte was om de klok terug te draaien en een manier te vinden om materialen uit onze eigen achtertuinen aan te passen als mogelijke vervanging voor beton."
Een voordeel van het gebruik van lokale grond bij de bouw is dat de materialen niet hoeven te worden vervaardigd en naar de bouwplaats getransporteerd, waardoor zowel kosten als milieuschade worden verminderd. Banerjee en Bajpayee zeggen ook dat additive manufacturing met aarde ooit buiten deze planeet kan worden gebruikt om nederzettingen op de maan of zelfs Mars te creëren.
De bodem wordt typisch geclassificeerd door de materiaallagen die het omvat, te beginnen met de bovenste organische laag waar planten op groeien en eindigend bij het harde gesteente van de aardkorst. Onder de bovenste organische laag bevindt zich klei, die de bodem zijn plastische, vormbare karakter geeft, waar de onderzoekers in hun project op inspelen.
Ze begonnen met het verzamelen van bodemmonsters uit de achtertuin van een collega, waarna ze het materiaal verrijkten met een nieuw milieuvriendelijk additief, dat het bindt en zorgt dat het gemakkelijk door de 3D-printer kan worden geëxtrudeerd. Omdat bodems per locatie sterk verschillen, was het hun doel om een chemische ’toolkit’ te realiseren die elke grondsoort kan omzetten in printbaar bouwmateriaal. Van daaruit bouwde Bajpayee kleinschalige teststructuren om te zien hoe het materiaal presteerde wanneer het in gestapelde lagen werd geëxtrudeerd.
De volgende stap was om ervoor te zorgen dat het mengsel draagkrachtig is, wat betekent dat het bestand is tegen het gewicht van de lagen, maar ook tegen andere materialen die in de constructie worden gebruikt, zoals wapening en isolatie. Om hierbij te helpen, versterkten de onderzoekers het kleimengsel door de microscopisch kleine lagen op het oppervlak aan te brengen om te voorkomen dat het water opneemt en uitzet, wat de gedrukte structuur zou aantasten. Hierna kon het materiaal twee keer zoveel gewicht hebben als het ongemodificeerde kleimengsel.
Nu is het team van plan om de draagkracht van de bodem te verbeteren om hun teststructuren op te schalen en zo dicht mogelijk bij een vervanging voor beton te komen. Bovendien verzamelen ze gegevens om te zien of de 3D-geprinte structuren werkelijk zo milieuvriendelijk zijn als ze zich voorstellen, vooral in termen van koolstofvoetafdruk en recyclingpotentieel. Zodra ze een beter beeld hebben van de chemie, functionaliteit en haalbaarheid van bouwen met lokale grond, zijn ze van plan om verder te onderzoeken hoe deze technologie buiten onze eigen planeet kan worden gebruikt.
Anderen lazen ook
