可持续建筑

一个来自宾夕法尼亚大学的研究团队开发了Diamanti，这是一座结合了仿生设计、吸收材料和智能模块化的3D打印桥梁，以显著减少其环境影响。 混凝土是现代建筑中使用最广泛的材料，但也是污染最严重的材料之一：占全球温室气体排放的约8%。面对这一挑战，Diamanti的理念应运而生。 多孔几何与碳捕获：重新思考混凝土的新方式 Diamanti项目不仅仅是改善混凝土的混合物：它彻底改变了其几何形状。受人体骨骼多孔结构的启发，使用了称为三重周期最小结构（TPMS）的模式，这些模式无需完全实心即可分配负载。这使得： 重量减少60%而不失强度 增加暴露表面，提高吸收额外30% CO₂的能力 此外，所用的混合物吸收的CO₂比传统混凝土多142%，这得益于加入了硅藻土，一种由微藻化石残骸形成的硅质多孔材料。 这种成分不仅替代了部分水泥，减少了碳足迹，还产生微孔，在材料的整个使用寿命中捕获二氧化碳。 机器人制造与模块化组装：每个阶段的效率 桥梁由机器人手臂打印的模块构成，然后通过张力电缆现场组装。这种策略允许： 减少80%的钢材使用 降低25%至30%的建筑成本 减少25%的能源消耗和排放 在成功测试了一个5米的原型后，团队建造了一个10米版本，目前在2025年威尼斯建筑双年展上展出。虽然最初的目标是将其安装在威尼斯，但法规变更导致项目重新安置到法国，预计在那里建造第一个全尺寸功能桥梁。 城市应用与3D打印桥梁的可复制愿景 已经开发出数字可视化，展示了Diamanti如何融入城市环境，包括对巴黎塞纳河的提案。此外，团队正在开发预制地板系统和其他利用相同多孔结构和吸收材料的建筑应用。 “这不是一个魔法解决方案，而是一种重新思考混凝土的新方式，”项目负责人Masoud Akbarzadeh表示。 Diamanti方法的关键：会呼吸的建筑 仿生设计：向自然学习以减少材料而不牺牲安全性 3D打印：定制制造，无浪费和模板 更少水泥，更多智能：像硅藻土这样的生物材料将混凝土变成碳汇 可扩展模块化：适合密集城市地区或基础设施有限的地区 可复制应用：从社会住房到公共空间和低成本农村工程 Diamanti不仅仅是一座桥：它是科学、技术和设计如何协同工作以建设更有弹性、高效和有意识的城市的象征。 在快速城市化和气候紧急情况的背景下，这种创新标志着通往一种不仅连接空间，还为更宜居的地球提供解决方案的建筑的道路。

一个由麻省理工学院 (MIT)的研究人员组成的团队设计了一种革命性的空气过滤器，使得普通建筑物可以直接从其通风系统中捕获二氧化碳 (CO₂)，其净效率为92%，并且无需额外能源。 这一创新可能在应对气候变化的斗争中成为一个转折点，通过将碳捕获集成到现有的城市基础设施中。 分布式捕获：DAC工厂的替代方案 与传统的直接空气捕获 (DAC) 工厂不同——这些工厂规模大、成本高且能耗高——这种解决方案基于一种去中心化的逻辑：数以千计的小点从已安装在住宅、办公室和工厂中的暖通空调系统中捕获CO₂。 该过滤器由涂有聚乙烯亚胺 (PEI)的碳纳米纤维 (CNF)组成，这是一种允许被动吸附CO₂的聚合物，而不会改变气流。 利用太阳能或电能的高效再生 捕获技术的最大挑战之一是释放捕获的CO₂。这种过滤器因其能够利用可再生能源再生的能力而脱颖而出，有两种方法： 太阳能热再生：通过直接太阳能加热达到80°C，得益于其高吸收率 (94.4%)和低热容 电热再生 (焦耳加热)：通过1-2秒的电脉冲，利用纳米纤维的导电性 (38.7 ohms/sq)，非常适合太阳能、风能或水电等清洁能源 成本和可扩展性：可行的城市解决方案 每吨CO₂捕获的估计成本： 使用太阳能：362美元 使用电力：821美元 有税收激励（如美国的《通货膨胀削减法案》）：199至638美元 潜在影响： 在美国每年捕获多达2500万吨的CO₂ 在全球范围内多达5.96亿吨，相当于澳大利亚或韩国等国家的年度排放量 关键应用和好处： 无需结构改造即可实现建筑物脱碳 将家庭和办公室转变为气候资产 减少对大型工业基础设施的依赖 在不改变生活方式的情况下促进市民采用 是能源效率和电气化政策的理想补充 挑战和下一步 主要障碍不是技术性的，而是物流：如何大规模制造、分发和维护这些过滤器。然而，这一挑战比建造新的DAC工厂更容易解决。 像Heirloom和CarbonBuilt这样的初创公司已经在探索其在住宅建筑中的应用，而像哥本哈根和旧金山这样的城市正在评估将其纳入可持续建筑法规。 迈向碳捕获城市 这项技术不能单独解决气候危机，但可以集成到包括可再生能源、能源效率和电气化在内的去中心化解决方案生态系统中。 将每栋建筑转变为碳捕获的活跃单元不再是乌托邦：这是一种具体的技术可能性。

当创意与环境承诺相结合时，就会涌现出变革性项目。这正是Edna Dantas和她的女儿Maria Gabrielly所展示的，他们在巴西最受欢迎的旅游目的地之一，伊塔马拉卡岛上建造了一座用回收玻璃瓶建造的第一座房屋。这座岛的图皮语意为“歌唱的石头”，而这座住宅似乎与这种精神共鸣。 这起家庭梦想最终演变成了可持续建筑和女性领导力的典范。Edna，一位社会环境教育工作者，成长于资源有限的社区，那里重复利用是日常生活的一部分。她用竹子制作玩具，回收材料，却不知道自己正在从事环保行动。 手工建造，回收材料和有意识的设计 2020年，当Edna看到当地海滩上垃圾堆积时，她决定采取行动。她和女儿构想了一座完全由回收材料，特别是玻璃构建的房屋，玻璃是环境中最顽固的废物之一。 在两年的时间里，母女俩收集了再利用木材和超过8,000个玻璃瓶，他们清洁，抛光并手工摆放。他们选择在整个过程中不使用机器或承包商，除了一些特定任务，以便控制每个细节。 结果是一座有七个房间的住宅，带有玻璃墙，用回收牙膏管制成的瓦片，托盘隔板和一个减少用水的室外干厕。每个空间都体现了对自然的尊重和与当地和土著文化的联系。 母女将8,000个瓶子变成了一座有7个房间的房屋。 再生旅游和教育体验 从2025年1月起，这座房屋在Airbnb上可供预订，已成为有意识旅行者的必经之地。这家住宿提供了一种沉浸式可持续旅游体验，访客可以在这里面朝大海休息，了解生态建筑，并珍视材料再利用。 室内结合了当地手工艺品，回收家具和一种宁静明亮的氛围。透明的墙壁可以让自然光线穿透，白天产生一种催眠效果，夜晚则提供温暖的照明。 建筑中的回收利用：环境、社会和技术上的好处 在建筑中使用回收材料不仅可以减少环境影响，还可以降低成本，促进循环经济和创造绿色就业。一些常用的材料包括： 回收混凝土：用作地基和轻型结构的添加剂 再利用钢材：可无限转化为梁、地板和柱 回收木材：适用于板材、生物质或装饰元素 回收石膏：保留其用于板材和饰面的特性 塑料（EPS）：碎碎后用于涂料、隔热材料或新产品 回收玻璃：用于地板、台面、沥青或反光涂料 轮胎：填土用作结构隔热材料 建筑回收利用的关键优势 减少自然资源的开采 节约生产原材料的能源 关闭材料的生命周期 在回收领域创造就业机会 提高住宅的隔热和隔音效果

混凝土，传统上被认为是一种被动材料，正在被重新构想为城市能源系统的智能和主动组成部分。 麻省理工学院的团队开发了ec³，这是一种导电混凝土，每立方米可储存高达2 kWh的电量，其能量密度是以前版本的十倍。 这一进展代表了建筑材料概念的颠覆性飞跃。 组成与功能：每一层的能量 纳米碳、水、水泥和电解质形成一个能够积累和释放电力的内部网络。 ec³通过挤出3D打印系统制造，逐层沉积由沙子、回收玻璃和粉碎砖块组成的复合材料。这种混合物不仅保留了结构强度，而且能够高效储存能量。 仅需5立方米的材料，相当于一个地下室墙壁的体积，就可以为一个中等家庭供电，使这一概念更接近于实际和经济的可行性。 多功能性：生产和管理能量的结构 从被动支撑到能源来源，混凝土成为生态过渡的盟友 研究人员已经建造了功能性原型，如自支撑拱门为LED灯供电，为风扇和控制台供电的模块，甚至在日本札幌的加热人行道，消除了使用盐的需要并减少了融雪的环境影响。 此外，ec³可以适应可获得的电解质，如海水，这使其能够在沿海结构和海上风电场中使用。 结构智能：嵌入混凝土的传感器 ec³可以检测内部应力并预测故障，无需外部设备。 在测试中观察到，连接的灯光强度根据施加的重量而变化，揭示了一个额外的功能：结构自检测。 这种能力使混凝土成为一种被动传感器，能够实时报告其状态。在桥梁、隧道或建筑物中，这将允许预测损坏并提高安全性，而无需外部系统。 走向分布式能源基础设施 ec³可以集成到道路、立面和自给自足的房屋中，减少对集中网络的依赖 下一步是雄心勃勃但可行的：将街道、广场和建筑物转变为能源来源。结合可再生能源，ec³将允许本地储存电力，促进自我消费和能源弹性，特别是在偏远或受灾地区。 在气候紧迫背景下的变革潜力 一种可持续的替代方案，相对于污染电池，并且是更智能城市的工具。 减少基于锂或钴的电池 利用现有基础设施作为能源来源 在脆弱地区实现能源去中心化 在建筑中集成智能功能 不仅仅是一种材料，ec³代表了一种重新思考建筑环境的新方式。我们的基础设施可以积极地生产、储存和管理能源，而不是消耗资源。这是一种技术上可行、环境上必要和社会上变革的演变。

自动化 在使用回收材料进行建筑方面在过去几十年中进展缓慢，但夏洛特标志着一个转折点。 这个由澳大利亚初创公司Crest Robotics与Earthbuilt Technology共同开发的自主机器人，能够在一天内建造面积达200平方米的房屋，使用回收材料和低环境影响的技术。 它的提议不仅限于速度：还旨在将建筑模式转变为更有弹性、公平和生态的模式。 仿生技术和能源效率 夏洛特像蜘蛛一样移动，并通过3D打印逐层建造。 与执行特定任务的其他机器人不同，夏洛特作为一个集成的自主单元运行。其挤出3D打印系统沉积由沙子、回收玻璃和粉碎砖块组成的复合材料，形成坚固耐用的结构。 其仿生设计，具有类似蜘蛛的关节腿，使其能够适应地形而无需额外的机械设备，减少施工现场的物流、能源消耗和二氧化碳排放。 为危机中的世界提供坚固且可负担的住房 夏洛特生成的房屋设计用于抵御极端气候现象，如洪水和火灾，这些现象由于气候变化而越来越频繁。 此外，其使用本地材料的能力可以降低与运输相关的成本和排放，这在农村或受灾地区尤为重要。 根据联合国人居署的数据，超过16亿人生活在不适当的条件下。夏洛特为这一全球危机提供了一个具体且可扩展的解决方案。 从地球到太空：长远的愿景 夏洛特可能在月球或火星上使用现场材料打印结构。 夏洛特的创造者还设想在地球以外的极端环境中使用它。其紧凑和自主的设计使其成为太空任务的理想选择，在那里它可以使用月球风化层打印结构。 NASA和其他机构已经在探索这种可能性，而夏洛特完美契合这一战略。 实际应用和潜在的变革力量 从紧急住房到可持续城市化和循环经济 气候紧急情况：在受飓风、地震或火灾影响的地区快速搭建避难所 可持续城市发展：在快速增长且基础设施不足的地区 减少废物：再利用今天被丢弃在垃圾填埋场的材料 循环经济：整合本地供应链 部门脱碳：根据国际能源署的数据，建筑业占全球35%以上的能源消耗 夏洛特不会完全取代传统方法，但它确实代表了一种可行、快速和清洁的替代方案，以应对21世纪的住房挑战。 在一个需要紧急且可持续解决方案的世界中，这种创新可以带来真正的改变。