В последние десятилетия строительная отрасль, отвечающая за значительную часть мировых выбросов углерода, столкнулась с жесткими требованиями по снижению экологического воздействия. Проблемы, связанные с традиционными строительными материалами, такими как цемент и бетон, которые составляют основу большинства современных конструкций, требуют поиска инновационных решений, способных минимизировать углеродный след и ускорить переход к более устойчивым методам строительства. Именно на это и направлена работа исследователей из Технологического института Джорджии, которые предложили новый подход, соединяющий устойчивость и модульность.
В своем исследовании, опубликованном в журнале Matter, ученые представили эковоксели — модульные, реконфигурируемые строительные блоки, которые можно использовать как для строительства на Земле, так и для создания жилых и рабочих пространств в условиях космоса. Эти блоки, по утверждению разработчиков, могут снизить выбросы углерода на 40% по сравнению с традиционными строительными материалами.
Эковоксели, сокращение от eco-friendly voxels (экологически чистые воксели), представляют собой трехмерный эквивалент пикселей и изготавливаются из политриметилентерефталата (PTT) — частично биополимера, получаемого из кукурузного сахара, и армированы переработанными углеродными волокнами из аэрокосмических отходов. Эти материалы, с одной стороны, уменьшают воздействие на окружающую среду, а с другой — предоставляют большую гибкость в процессе строительства, так как блоки можно легко собирать в крупные конструкции, а затем разбирать и перестраивать без образования отходов. Это открывает возможности для создания адаптируемых и устойчивых архитектурных решений, которые могут эффективно решать проблемы доступности жилья, особенно в условиях повышенных рисков от природных катастроф.
По словам Христоса Атанасиу, одного из авторов исследования, использование эковокселей — это результат синергии знаний в области строительной механики и механического проектирования с принципами устойчивости. Команда провела серию испытаний, в ходе которых блоки показали отличные характеристики. Они выдерживали нагрузки, характерные для стандартных строительных конструкций, и при этом сохраняли высокую степень адаптивности: изменение формы блоков позволило им быть использованными в самых разных строительных ситуациях — от несущих стен до компонентов самолетов.
Сравнение эковокселей с другими альтернативами, такими как 3D-печатный бетон и перекрестно-клееная древесина (CLT), показало, что эковоксели обеспечивают значительные экологические преимущества. Они имеют углеродный след на 30% ниже, чем бетон, и на 20% ниже, чем CLT. Это делает их перспективным вариантом для устойчивого строительства, обеспечивающим одновременно высокую производительность и минимальное воздействие на экологию. Блоки могут быть использованы не только для строительства жилых домов, но и для создания аварийных убежищ, где важны скорость возведения и экологическая безопасность.
Интересно, что эковоксели могут найти применение не только в строительстве на Земле. Их легкость, быстрая сборка и возможность использования местных материалов делают их идеальными кандидатами для строительства в условиях, где традиционные методы невозможны, например, на Луне или Марсе. В условиях космоса, где каждый лишний килограмм имеет значение, такая технология позволяет создать быстро возводимые и устойчивые конструкции, которые могут использоваться для строительства убежищ для будущих марсианских или лунных миссий. Атанасиу подчеркивает, что это открывает новые горизонты для освоения внеземных территорий, где важна каждая деталь и скорость строительства.
Будущее, которое рисуют исследователи, заключается в создании среды, которая не только минимизирует вред для окружающей среды, но и способствует ее сохранению. Эковоксели, с их высокой адаптируемостью и устойчивостью, могут стать не только ответом на растущий кризис доступности жилья на Земле, но и важным шагом в направлении устойчивого строительства за пределами нашей планеты.