Разработанный учеными технологический процесс позволяет интегрировать углеродный захват прямо в строительные материалы, благодаря чему они становятся исключительно прочными и при этом экологически чистыми. В отличие от традиционных технологий, которые обеспечивают хранение поглощенного из атмосферы углекислого газа или его превращение в жидкости, новый метод при помощи электромеханической обработки превращает CO₂ в карбонат кальция, которым затем заполняют специальную 3D-печатную полимерную основу.
При разработке своей технологии исследователи вдохновлялись кораллами, которые способны извлекать углекислый газ из окружающей среды и преобразовывать его в свои известковые скелеты. В природе этот процесс называется биоминерализацией: кораллы получают углекислый газ в процессе фотосинтеза, после чего соединяют его с кальцием из морской воды, получая в результате прочные аргонитовые структуры. Ученым удалось воспроизвести этот механизм: для этого они создали при помощи 3D-печати полимерные каркасы, покрытые тонким проводящим слоем, после чего погрузили их в раствор хлорида кальция и подключали к электролитической цепи.
Как только в раствор поступал углекислый газ, он подвергался гидролизу с образованием ионов бикарбоната, которые реагировали с кальцием и формировали карбонат кальция. Этот минерал постепенно заполнял пористые 3D-структуры, превращая их в прочные минерально-полимерные композиты. Полученный материал оказался исключительно прочным и устойчивым к разрушению, в прямом смысле идеальный для строительства.
При этом одним из самых удивительных свойств нового материала оказалась его огнестойкость. Несмотря на то, что изначально полимерные каркасы не были огнестойкими, полученные на их основе композиты не теряли свою структуру даже при длительном воздействии пламени. В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что при нагревании карбонат кальция выделяет небольшое количество углекислого газа и это, по видимому, даже способствует тушению огня. «Встроенный» таким образом в материал механизм противопожарной защиты делает его особенно ценным для строительства зданий, которым критически важна устойчивость к высоким температурам.
Кроме того, материал обладает способностью к самовосстановлению. Поврежденные структуры можно восстановить с помощью низковольтного электрического тока, который запускает электромеханическую реакцию, заново соединяя появившиеся трещины и восстанавливая механическую прочность материала. Исследователи проанализировали новый композит и обнаружили, что его углеродный след отрицателен: в процессе производства и эксплуатации он поглощает больше углекислого газа, чем выделяет. Это открытие указывает на возможность широкого применения новой технологии в строительной отрасли, на которую сегодня приходится около 11% всех глобальных выбросов углерода.
Разработанный метод позволяет создавать крупномасштабные несущие конструкции с использованием модульного подхода. В перспективе новый материал может заменить традиционные бетон и кирпич, обеспечивая не только прочность и долговечность, но и экологичность строительства будущего.
Ранее стало известно о другом необычном строительном материале: на его создание ученых вдохновили морские губки.
