隨著全球各地的努力過渡他們的經濟體的所有方面都淨零排放，來自美國南加州大學的工程師設計了一種新方法，將二氧化碳從大氣中捕獲並轉化為耐用和耐火的建築材料。
鋼，水泥和玻璃等建築材料和產品的製造是負責任的2018年全球碳排放量的11％。急需尋找新的方法來生產碳中性含量或更好的建築材料，它們存儲的碳多於製造時釋放的碳多。
新的製造方法的靈感來自珊瑚，這些珊瑚將二氧化碳轉換為堅硬的石質骨架。它在新研究發表在NPJ高級製造。
“這是轉化二氧化碳的發展的關鍵步驟，”南加州大學民事和環境工程副教授Qiming Wang說。
“與傳統的碳捕獲技術不同，該技術專注於儲存二氧化碳或將其轉化為液體物質，我們發現這種新的電化學製造工藝將化合物轉化為3D打印的聚合物支架中的碳酸鈣礦物質。”
石質珊瑚通過稱為生物礦化的過程來建立硬骨架。
王說：“作為一種有機體，珊瑚可以利用光合作用從大氣中捕獲二氧化碳並將其轉化為結構。”
該過程涉及組合CO2從海水中鈣離子製成碳酸鈣的晶體 - 碳酸鈣的晶體 - 圍繞一個稱為隔膜的內部有機模板形成。
Wang的團隊通過以SEPTA啟發的晶格結構中的3D打印聚合物支架來複製這一過程。然後，他們用薄的鈀導電層覆蓋，儘管他們說鈷硫化鈷，鈦和鎳可能是替代選擇。
然後將這些結構連接到電化學迴路作為陰極並浸入氯化鈣溶液中。當CO2添加了水解形成碳酸氫鹽離子，與鈣反應產生碳酸鈣。
該碳酸鈣在4天內逐漸填充在晶格結構中，從而產生具有“非凡的機械強度和斷裂韌性”的緻密礦物聚合物複合材料。
研究人員計算出4天的反應融合了2,720公斤的CO2每噸3D打印結構，遠高於碳陰性混凝土（150kg/t）。
可以通過將結構連接到低壓電力來修復裂縫，並且出乎意料的是，該材料還具有施加抑制的品質。
王說：“製造方法揭示了30分鐘直接火焰暴露的自然抑制機制。”
“當暴露於高溫時，碳酸鈣礦物質會釋放出少量的二氧化碳，這些二氧化碳似乎具有滅火作用。這種內置的安全功能為抗火災至關重要的建築和工程應用提供了顯著優勢。”
他們的生命週期評估表明結構具有負碳足跡，CO的數量2捕獲超過與其製造和使用相關的排放。
研究人員看到了一個未來，可以從預製的模塊化碳陰性單元中建造建築物，“預計將連續隔離CO2從大氣中加強建築物的機械強度和抵抗力。”
