Levný, odolný, univerzální a dostupný téměř všude – to je beton, nejpoužívanější uměle vyrobený materiál na světě. Materiál, který se ale zároveň podílí zhruba osmi procenty na globálních emisích skleníkových plynů.
Ostatně, i proto se betonářský a cementářský průmysl dlouhodobě snaží o snížení své uhlíkové stopy prostřednictvím udržitelných směsí a efektivnějších konstrukčních řešení. No a nyní se k tomuto úsilí připojil i tým výzkumníků z University of Pennsylvania, jenž spojil inovativní materiály s úsporným designem, aniž by ohrozil pevnost a trvanlivost konstrukce.
Jejich projekt nazvaný Diamanti využívá robotický 3D tisk k tvorbě složitých, mřížkových struktur z udržitelné betonové směsi, která dokáže absorbovat až o 142 procent více oxidu uhličitého než běžný beton. Navíc podle Masouda Akbarzadeha, šéfa laboratoře, jež projekt vedla, bylo na jejich první návrh mostu pro pěší použito takřka o dvě třetiny materiálu méně, aniž by to jakkoliv negativně ovlivnilo jeho mechanickou pevnost, uvádí CNN.
Struktura mostu napodobuje vnitřní strukturu některých kostí, které jsou porézní. To zvětšilo povrch, a tím i jeho schopnost absorbovat CO₂ o dalších 30 procent. „Příroda se během milionů let evoluce naučila, že materiál není potřeba všude. Pokud vezmete řez kostí, jeho struktura je pórovitá. Existují ale určité vzorce, kterými se přenáší zatížení,“ vysvětluje Akbarzadeh.
Konkrétní změny
Vlastnosti betonu, tedy především pevnost, bezpečnost, trvanlivost a požární odolnost, jsou pro jeho široké použití zcela zásadní. Na emisích se podílí zhruba z 90 procent cement, který při přípravě slouží jako pojivo. Právě ten se vyrábí energeticky náročným procesem, při kterém se vápenec zahřívá až na dva tisíce stupňů Celsia, přičemž samotný uhličitan vápenatý při vysokých teplotách uvolňuje CO₂.
Cementářský průmysl sice mezi lety 1990 a 2023 snížil své emise zhruba o čtvrtinu, nicméně celkové emise se i tak kvůli rostoucí poptávce zvýšily, jak uvádí Mezinárodní energetická agentura. Její vedení proto věří, že když dojde k nahrazení části cementu alternativními materiály, výsledná uhlíková stopa betonu se výrazně sníží.
Tým Diamanti za tímto účelem využívá směs diatomové zeminy, což je přírodní pórovitý materiál bohatý na křemík z fosilizovaných řas. Ten vytváří v betonu jakési „kanály“, které umožňují pronikání CO₂ pod povrch. Pokud by nicméně mělo dojít k rozšíření jeho aplikace v betonářském průmyslu, bylo by podle odborníků prozatím potřeba počítat s omezenou produkcí.
Testování prototypu
Než mohl tým vědců použít své řešení v praxi, bylo samozřejmě nutné jej řádně otestovat. Za tímto účelem vznikly ve spolupráci se společností Sika Group Switzerland první několikametrové prototypy.
Pěší most je modulární, jednotlivé bloky tiskne robotická paže a následně se spojí napínacím kabelem. Výhodou technologie 3D tisku podle Akbarzadeha je, že snižuje čas výstavby, spotřebu materiálu a energie o celou čtvrtinu, zatímco samotný strukturální systém redukuje spotřebu oceli o přibližně 80 procent. A co se celkových nákladů na výstavbu týče, ty by podle dostupných dat měly být rovněž o čtvrtinu nižší.
Akbarzadeh a jeho tým publikovali výsledky ve vědeckém časopise Advanced Functional Materials, přičemž původně plánovali umístit most v Benátkách. Po změně tamních stavebních regulací však hledají jinou ikonickou evropskou lokalitu – aktuálně je v plánu řeka Seina v centru Paříže. Samotný prototyp mostu je nyní vystaven v European Cultural Center v rámci letošního Benátského bienále.
Budoucnost udržitelného stavebnictví?
Jakmile bude konečná lokalita mostu vybrána, začne výzkumný tým projektu Diamanti, který odstartoval v roce 2022 ve spolupráci se zmíněnou švýcarskou firmou a s granty amerického ministerstva energetiky, konstrukci pečlivě monitorovat a vyhodnocovat její odolnost a schopnost absorbovat CO₂ v reálném světě.
Kromě mostů samotných nicméně pensylvánští vědci uvažují i o dalších architektonických aplikacích, například v podobě podlahových systémů. „Není to univerzální řešení, ale doufáme, že Diamanti otevře zcela nový svět možností pro nepostradatelný beton,“ uzavírá Akbarzadeh.
