从海藻到食物残渣：建筑新材料靠谱吗？

建筑业是碳排放的主要来源，每年全球有13%的二氧化碳排放来自建筑及其材料，建筑业需要开辟一条更环保的道路。下面将介绍最新推出的七种环保型材料。

藻类碳中和水泥

在全球碳排放中，建筑行业占据了相当大的比例，其中水泥生产是主要的排放来源。然而，水泥却是世界上使用最广的建筑材料，它价格低廉、熟悉可靠，并且在未来几年内仍将是建筑行业的首选材料。

水泥生产会向大气中排放大量二氧化碳、其他温室气体和微粒。目前，水泥生产占据全球碳排放量的8%。主要通过两种方式排放二氧化碳：一种是在烧结石灰石和其他材料以制造水泥的主要成分“熟料”时发生的化学反应，另一种是使用化石燃料将窑炉加热到极高温度。因此，许多研究人员一直在努力寻找其他替代性方法，例如使用替代材料、在生产过程中捕获二氧化碳。事实证明，以低廉的价格制造环保混凝土相当困难。 

为了解决这个问题，一支由科罗拉多大学博尔德分校研究小组领导的团队开发出了一种通过在混合物中添加藻类来制造可持续混凝土的方法，利用藻类成功制造出了全球首种碳中和水泥。这种方法不仅是碳中性，甚至可以说是负碳，因为这种材料能够将碳固定并储存在混凝土中。

当你从太空或飞机上俯瞰海洋时，会看到广阔的碧海。这种景象由藻类繁殖形成，其中一种称为嗜球藻。嗜球藻是一种单细胞微藻，这种藻类被碳酸钙小板块所覆盖，碳酸钙是许多海洋生物外壳和骨骼的组成成分。当这些小板块从藻类脱落时，嗜球藻不仅使海洋表面呈现出碧绿色，还能向深海输送大量的碳（碳是碳酸钙的主要元素之一）。碳酸钙也是石灰石的主要成分。

该团队利用嗜球藻生长过程中产生的碳酸钙，将其转化为石灰石的替代品，用于生产混凝土。这种替代品与普通石灰石一样，仍需要加热，因此会向大气中释放碳。然而，这种替代品不需要开采，在生长过程中从大气中封存的碳与制造混凝土时产生的碳一样多，因此对环境的影响要小得多。此外，这些微藻类生产碳酸钙的速度很快，可以保证供应量。

最近，该团队从美国能源部获得了320万美元的资助，正在努力通过优化菌种选择和生长过程来提高生产效率。目前还不清楚这种方法与传统水泥生产相比，成本效益如何。

草基建筑板

Plantd公司将关注点放在了木质定向刨花板（OSB）上，这种材料板由木条和胶水制成，通常用于地板、屋顶和家具。Plantd公司发明了一种创新、耐用的建筑材料——草基建筑板。相比传统的木材，这种建筑板更轻、更坚固，同时能够捕捉更多的碳。

图片来自：Plantd

该公司的技术和运营团队由前SpaceX工程师领导，并已完成A轮投资。据该公司创始人兼首席执行官乔希·多夫曼表示，他们的草基建筑板能够快速、准确地清除并锁住大气中的碳。而且他们的商业模式不需要依靠碳信用额度来支撑，可以直接将生长快速的杂草转化为建筑材料。这种材料有成本低、坚固性高、防潮性强等优点，无需其他安装技术。

尽管Plantd公司对草基建筑板的优势进行了宣传，但这种材料还需要经过大范围验证才能投入使用。目前，这些草基建筑板还处于原型设计阶段，而且公司对所使用的具体混合物保密。

火星建材“Astrocrete”

将建筑材料从地球运送到火星的成本非常高，科学家们提出了利用火星上已有的资源来建造殖民地的想法。

曼彻斯特大学开发了一种方法，将宇航员的血液和尿液与太空尘埃混合，用于建造火星殖民地。这种混合物比传统混凝土更坚固，有助于降低建设火星殖民地的成本。

图片来自：曼彻斯特大学

他们在研究中模拟了火星尘埃，并将其与宇航员的血浆蛋白结合，制成了一种类似混凝土的材料。当他们加入尿液中提取的尿素时，这种材料的抗压强度增加了300%，比普通混凝土更坚固。

研究团队将这种材料命名为“AstroCrete”，并计算出六名宇航员在为期两年的任务中可以生产约1110磅的高强度混凝土。他们预测，如果用这种材料将沙袋捆绑在一起，每名宇航员在任务期间都能有更大的生存空间，可以额外容纳一名宇航员。

在将AstroCrete作为火星殖民地的建筑材料之前，研究团队还需要进行更多测试。科学家们需要模拟火星条件，测试这种材料的耐受性，还需要考虑宇航员在微重力环境下每周献两次血是否对健康有影响。

距离人类建造火星殖民地还有很长的路要走，科学家们需要更多的时间进一步研究这种解决方案，解决异世界建筑的问题。

“木材废料”建材

与许多美国地区一样，缅因州正面临着由劳动力短缺和材料成本上涨引发的住房危机。《缅因州经济适用房联盟报告》显示，该州还缺少2万套经济适用房。

缅因州的研究人员正在测试一种新的3D打印房屋方法，将传统的混凝土“墨水”替换为由100%可回收的木材废料和生物树脂制成的材料。这种全新的3D打印房屋完全采用生物基材料制成，将缅因州过剩的木材废料转化为经济适用房。

缅因大学先进结构与复合材料中心执行主任哈比卜·达格尔表示，在缅因州，打印房屋墙壁也是一项挑战，因为建筑打印机通常需要在现场挤出混凝土，这意味着只有在天气允许的情况下才能建造房屋，而缅因州北部的天气条件往往比较恶劣。

为了解决这些问题，达格尔的团队开发出了一种新型的3D打印房屋方法，专为缅因州的需求而设计。他们利用生物树脂和缅因州丰富的木材废料开发出了一种可打印的建筑材料，摒弃了传统的混凝土。他们设计了一个600平方英尺的房屋原型，完全依靠3D打印，从地板到屋顶，分为四个模块。整体部件在场外打印，然后运送到现场组装，仅需半天时间。

图片来自：MJ GAUTRAU, UNIVERSITY OF MAINE

该团队已经建造并组装了一个名为“BioHome3D”的房屋原型，他们在房屋中安装了传感器，以便在冬季收集数据，这些数据可以为未来材料或结构的调整提供参考。达格尔表示，ASCC已经筹集了8000万美元来建造一个新的研究设施，以加快3D打印机的速度和材料产量，他们的目标是每48小时打印一座房子。

目前尚不清楚大规模建造BioHome3D所需的成本，但如果要解决缅因州的经济适用房危机，使用该团队的3D打印技术成本必须低于传统建造方法。

菌丝体隔热板

世界经济论坛指出，2019年全球开采和加工的材料超过920亿吨，约占全球二氧化碳排放量的一半。这些废弃物，包括塑料、纺织品、食品和电子产品等，对环境和人类健康造成了损害。循环经济预计到2030年可带来高达4.5万亿美元的经济效益，但目前全球只有8.6%的地区实现了循环经济。

一家位于伦敦的公司“Biohm”开发出了一种名为“Orb”的复合材料，该材料可以替代木质板材，可生物降解且符合纯素食标准。

图片来自：Biohm

此外，该公司还研发出了世界上首个由菌丝体制成的隔热板，这种天然蘑菇纤维的隔热性能优于传统隔热产品。这家公司利用厨余垃圾和蘑菇等原料，将其转化为建筑材料，实现了循环经济的理念。

Biohm公司的创始人埃哈卜·赛义德表示，菌丝体通常存在于森林的地下，它们将表层土壤连接在一起，形成一种类似自然界互联网的结构。将这种菌丝体培育成隔热板，与市场上其他替代品相比，其隔热效果更好。

“食物残渣”建材

全世界每年要浪费14亿吨食物，对环境造成了巨大损失。如果将这些食物垃圾变为一种资源呢？日本的研究人员找到了一种利用废弃食物残渣制造混凝土替代品的方法。这种方法不仅减少了食物垃圾，而且制成的材料可以食用，闻起来还有甜味。

混凝土工程师酒井雄也谈到，他们的目标是利用海藻和普通食物残渣制造出同混凝土一样坚固的材料。由于原材料是食物残渣，还需要考虑到回收过程是否会产生异味的问题。酒井雄也说。

图片来自：东京大学研究团队

酒井雄也的学生町田光太从酒井雄也的早期发明中汲取了灵感，该发明使用热压方法将回收的混凝土和木粉压制成建筑材料。他们改用真空干燥的食物残渣，包括橘子皮、卷心菜皮、海藻皮、洋葱皮、芒果皮和香蕉皮。

町田光太认为日本每年产生大量食物垃圾，这是一个必须解决的大问题。他们将粉末状食物残渣与水混合，然后在高温（50至150摄氏度）下将其压入模具中，制造材料。这种材料的强度是混凝土的四倍。如果不进行防水处理，材料就会受潮变软，会被唾液软化。酒井补充道，这种材料保持了原始食物的气味，研究小组甚至还添加了调味料。

已经有产品制造商对这种材料感兴趣，希望将其用于制造家具和盒子等物品。但是，在将其作为建筑材料之前，还需要进行更多的研究和测试。这些材料的粘合机制尚未完全明确，必须对其进行研究和证明。

“2DPA-1”薄片

自2004年以来，研究人员一直在努力创造一种“二维”材料。虽然已经推出了一些“超级材料”，如超轻超导体石墨烯和超强韧性的六方氮化硼，但这些材料在实验室中仍处于较小规模。

麻省理工学院的化学工程师团队研发出了一种比钢铁更坚固、比塑料更轻盈的新材料，名为“2DPA-1”。这种薄片未来可能应用于智能手机、建筑和桥梁等地方。其制备过程基于聚合工艺，在溶液中自发发生，通过诱导单体自组装成平板而非链条，赋予材料超强和超轻的特性。由于分子在聚合过程中自我组装，因此扩大生产规模相对容易，只需在初始溶液中添加更多的原材料即可。

经过实验测试，这种材料不但像塑料一样轻巧，而且强度是钢铁的两倍。它还具有不透气性，能够承受比防弹玻璃更大的力量，其变形前的承受能力是防弹玻璃的四到六倍。这些特性使得这种材料在建筑和消费电子产品等领域具有潜在的应用价值。

目前研究人员已经提交了两项专利申请，不断探索使用这种聚合工艺制造其他材料的方法。

这几种新材料，你觉得哪一个实用性更好呢？

参考来源

https://www.freethink.com/cities/grass-construction-panels

https://www.freethink.com/energy/carbon-neutral-cement

https://www.freethink.com/space/mars-colonies

https://www.freethink.com/hard-tech/3d-printing-homes

https://www.freethink.com/entrepreneurship-innovation/food-waste-building-materials

https://www.freethink.com/energy/food-scraps

https://www.freethink.com/science/new-material

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1713941589371596346&wfr=spider&for=pc

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