新工藝將CO2轉(zhuǎn)化為耐火建筑材料

美國南加州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)受珊瑚造礁啟發(fā)，研發(fā)出可從大氣中捕獲二氧化碳（CO2）并制造耐火建筑材料的新工藝，為研發(fā)碳負(fù)建筑開辟全新路徑。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《先進(jìn)制造》雜志。

珊瑚蟲群落的生存智慧令人驚嘆。這些微小生物通過吸收海水中的鈣和二氧化碳，分泌碳酸鈣構(gòu)筑起堅(jiān)固的珊瑚礁。

研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用仿生學(xué)原理，采用3D打印技術(shù)，復(fù)刻出珊瑚的有機(jī)架構(gòu)。他們先制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的聚合物支架，經(jīng)導(dǎo)電涂層處理后接入電化學(xué)電路，再將其浸入氯化鈣溶液內(nèi)。當(dāng)向溶液中加入CO2時，其會水解成碳酸氫根離子，并與溶液中的鈣發(fā)生反應(yīng)形成碳酸鈣。碳酸鈣會逐漸填滿3D打印聚合物支架的孔隙，最終形成致密的聚合物復(fù)合材料。

測試結(jié)果顯示，這些聚合物復(fù)合材料展現(xiàn)出極佳的機(jī)械強(qiáng)度、斷裂韌性和耐火能力。研究團(tuán)隊(duì)解釋稱，遇到高溫時，碳酸鈣礦物會釋放出少量CO2，形成阻燃屏障，從而發(fā)揮滅火作用。此外，如果材料出現(xiàn)裂紋，只需接通低壓電源即可通過電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。模塊化的設(shè)計(jì)也使新材料能像搭積木般組裝成大型建筑構(gòu)件。

現(xiàn)有碳捕獲技術(shù)往往側(cè)重于儲存CO2或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為液體物質(zhì)，但這些方法既昂貴又低效。新方法可讓捕獲的碳“變身”為防火建筑材料。全生命周期評估結(jié)果顯示，制造出的新材料的碳足跡為負(fù)值。鑒于建筑材料和建筑物碳排放量約占全球碳排放量的11%，該技術(shù)商業(yè)化后或?qū)⒅厮芫G色建筑新范式。