Міст з майбутнього: вчені надрукували на 3D-принтері бетонну конструкцію, яка поглинає вуглець

Дослідницька група з Університету Пенсільванії представила новий тип бетонної конструкції, що здатна поглинати більше вуглекислого газу, ніж виділяє під час виробництва, повідомляє CNN. Проєкт під назвою Diamanti поєднав екологічно чисті матеріали, 3D-друк і дизайн, натхненний природою. Його перший приклад — пішохідний міст, який використовує на 60% менше матеріалу, зберігаючи міцність і довговічність.

Керівник проєкту, доцент кафедри архітектури Університету Пенсільванії Масуд Акбарзаде, пояснює, що конструкція моста відтворює структуру “триперіодичних мінімальних поверхонь” (triply periodic minimal surface, TPMS) — таких самих, як у людських кістках. Така форма дозволяє ефективно розподіляти навантаження та одночасно збільшувати площу поверхні, що підсилює здатність бетону поглинати CO₂ ще на 30%. За словами дослідника, це не лише зменшує викиди, а й сприяє активному очищенню повітря.

“Протягом мільйонів років природа навчилася використовувати матеріал лише там, де він справді потрібен. Ми просто повторили цей принцип у будівництві”, — каже Акбарзаде.

Удосконалена бетонна суміш поглинає на 142% більше вуглекислого газу, ніж звичайний бетон. Вона розроблена спільно з професоркою матеріалознавства Шу Янг і містить діатомову землю — природний пористий матеріал із залишків скам’янілих водоростей. Цей компонент частково замінює цемент, створюючи мікроканали, крізь які CO₂ проникає вглиб структури.

Проєкт розпочали у 2022 році за підтримки Міністерства енергетики США та у співпраці зі швейцарською компанією Sika. Нині команда готує будівництво першого повноцінного мосту у Франції, де планується провести наступні випробування.

Міст Diamanti складається з окремих модулів, надрукованих роботизованими 3D-принтерами, які з’єднуються між собою натяжними тросами. Такий метод скорочує використання матеріалів та енергії на 25%, а також зменшує потребу у сталі на 80%, що істотно знижує загальний вуглецевий слід і вартість будівництва — на 25-30%. 

Перший п’ятиметровий прототип, а згодом і десятиметрова версія, успішно пройшли випробування на міцність. Зараз їх демонструють на Венеційській архітектурній бієнале 2025 року.

Попри позитивні наслідки, експерти попереджають про складнощі з масштабуванням технології. Ду Хунцзянь, викладач цивільного будівництва Національного університету Сінгапуру, який не бере участі в проєкті, зазначає, що глобальне виробництво діатомової землі становить лише 2,6 млн тонн на рік, що може обмежити її використання у великих масштабах.

Водночас Ендрю Мінсон, директор Глобальної асоціації цементу та бетону, вважає, що такі інновації можуть стати нішевим рішенням для зниження викидів: “Жодного універсального рецепта немає. Нам потрібно поєднувати різні технології, щоб зменшити вплив на клімат”.

Цементна промисловість залишається одним із найбільших джерел парникових газів: на неї припадає приблизно 8% глобальних викидів. Попри зниження викидів на 25% за останні три десятиліття, за даними Міжнародного енергетичного агентства, попит на бетон продовжує зростати.

Цемент — це зв'язувальна речовина, необхідна для виробництва бетону та інших будматеріалів, оскільки вона забезпечує скріплення заповнювачів (піску, каменю) при змішуванні з водою. Однак процес його виготовлення є енергетично затратним і призводить до значних викидів вуглецю. Це пояснюється тим, що для розщеплення основної сировини — вапняку (карбонату кальцію) — потрібна температура до 2000 градусів Цельсія, при якій виділяється велика кількість вуглекислого газу.

Команда Diamanti впевнена, що їхня технологія може стати частиною розв'язання цієї проблеми. Окрім мостів, розробники вже працюють над застосуванням нової бетонної суміші у збірних перекриттях і стінових елементах.

“Це не універсальна відповідь, але це шанс створити зовсім новий підхід до архітектури — де будівлі не просто стоять, а допомагають очищувати атмосферу”, — підсумував Акбарзаде.