Image Source: FreeImages
Rakentaminen on yksi maailman suurimmista teollisuudenaloista. Vuonna 2016 maailmanlaajuisten rakennusmarkkinoiden arvo oli yli 6 biljoonaa dollaria – mutta se on myös ala, jolla ei ole ollut paljon innovaatioita vuosikymmeniin. Yleisesti ottaen uudet rakennusmenetelmät ovat yleistyneet hitaasti, koska ne ovat usein kalliimpia ja monimutkaisempia kuin nykyiset ratkaisut. Teknologian edetessä 3D-tulostuksen kaltaiset nykyaikaiset ratkaisut tekevät rakentamisesta kuitenkin nopeampaa, halvempaa ja kestävämpää kuin koskaan aiemmin. Seuraavassa on neljä esimerkkiä siitä, miten 3D-tulostus voi auttaa tekemään rakennusalasta vihreämmän ja turvallisemman.
3D-tulostetut talot
Ensimmäinen suuri läpimurto rakentamisessa tuli betonin keksimisestä, joka on nykyään yksi maailman käytetyimmistä materiaaleista. Betonia käytetään kaikkialla teistä rakennuksiin, siltoihin ja rautateihin. Valitettavasti betonin valmistuksessa käytetään usein haitallisia aineita, kuten hiekkaa, kalkkia, sementtiä ja vettä. Tällaisen betonin valmistuksesta vapautuu suuria määriä hiilidioksidia, dityppioksidia, metaania ja muita kasvihuonekaasuja, jotka edistävät ilmastonmuutosta. Kaiken kaikkiaan betoniteollisuuden osuus maailman hiilidioksidipäästöistä on 8 prosenttia. Onneksi tutkijat ovat keksineet uuden tavan valmistaa betonia, joka voisi vähentää huomattavasti sen ympäristövaikutuksia. Uusi betoni valmistetaan kuitujen ja erityisen liiman seoksella. Kuidut on valmistettu selluloosasta, joka on eräänlainen orgaaninen yhdiste, jota esiintyy puussa, paperissa ja muissa kuitumateriaaleissa. Tutkijat käyttivät liiman valmistukseen menetelmää nimeltä sähkökehruu, jossa korkeajännitteinen sähkövirta muuttaa nestemäisen liuoksen hienoiksi kuitufilamenteiksi. Tutkijat yhdistivät kuidut ja liiman veteen ja mineraaleihin betoniseoksen luomiseksi. Kun betoni tulostettiin ja sen annettiin kuivua, siitä muodostui kuituvahvisteinen betoni, joka oli vahvempi kuin perinteinen vastineensa. Tulostettu betoni oli myös kestävämpää, koska se vaati paljon vähemmän energiaa kuin perinteinen betoni. 3D-tulostuksen avulla voidaan rakentaa taloja. Tämä tekniikka tulee varmasti yleistymään tulevaisuudessa paljon.
3D-tulostetut tiet ja moottoritiet
Uudet tienrakennusmenetelmät ovat erityisen tärkeitä, kun pyrimme vähentämään hiilidioksidipäästöjä. Maailmanlaajuinen tieverkko aiheuttaa 10 prosenttia kaikista hiilidioksidipäästöistä, joten se on yksi merkittävimmistä ilmastonmuutoksen aiheuttajista. Merkittävä osa tästä saastumisesta johtuu asfaltin käytöstä, jota käytetään yleisesti teiden päällystämiseen sen lujuuden ja pitkäikäisyyden vuoksi. Asfaltin tuotanto on kuitenkin ympäristölle haitallista, koska siihen käytetään suuria määriä raakaöljyä, joka on erittäin saastuttava fossiilinen polttoaine. Onneksi tutkijat ovat keksineet uuden tavan valmistaa asfalttia, joka ei vaadi raakaöljyä. Uusi asfaltti valmistetaan polymeerien ja erityisen sideaineen seoksesta. Polymeereillä voidaan suunnitella erilaisia ominaisuuksia, jolloin tiet voidaan suunnitella eri käyttötarkoituksiin. Esimerkiksi polyuretaanipohjaisella asfaltilla voidaan tehdä teitä, jotka kestävät paremmin korkeita lämpötiloja. Tämä on tärkeää joillakin alueilla, kuten Lähi-idässä, jossa korkeat lämpötilat pehmentävät ja sulattavat asfalttia. Polyeteenipohjaista asfalttia voidaan käyttää myös teiden kestävyyden parantamiseen vähentämällä tiemelua.
3D-tulostetut huonekalut ja laitteet
Talo ei ole koti ilman huonekaluja, kodinkoneita ja muita päivittäisiä tarvikkeita. Näiden esineiden valmistaminen vaikuttaa kuitenkin merkittävästi ympäristöön. Useimmissa valmistusprosesseissa leikataan, hitsataan ja kootaan suuria metalli-, muovi- ja muita materiaalikappaleita. Tämä vaatii paljon energiaa ja resursseja ja voi saastuttaa ilmaa haitallisilla kemikaaleilla ja höyryillä. Onneksi tutkijat ovat löytäneet uuden tavan valmistaa arkipäiväisiä esineitä, joka on sekä nopeampi että puhtaampi. Uudessa menetelmässä käytetään additiivista valmistusta (tunnetaan yleisesti nimellä 3D-tulostus) monimutkaisten tuotteiden luomiseen yksinkertaisemmista ja kestävämmistä materiaaleista. Tämän hankkeen takana olevat tutkijat suunnittelivat esimerkiksi 3D-tulostimen, jolla voidaan valmistaa puukuidusta puisia esineitä, kuten tuoleja ja pöytiä. Menetelmä vaatii vähemmän energiaa, vähemmän vettä ja tuottaa vähemmän päästöjä kuin perinteinen puunjalostus. Vastaavasti tutkijaryhmä loi 3D-tulostimen, jolla voidaan valmistaa muoviesineitä selluloosapohjaisista materiaaleista. Näitä materiaaleja saadaan esimerkiksi bataatista, maissinkuorista, puujätteestä, hampusta ja levistä. Tämä menetelmä on kestävämpi, sillä se vähentää fossiilisten polttoaineiden tarvetta ja käyttää vähemmän vettä kuin perinteinen muovinvalmistus. Sillä on myös vähemmän ympäristövaikutuksia, koska käytetyt materiaalit voidaan kierrättää helpommin.
3D-tulostetut rakennustyökalut
Rakennusten rakentamiseen ja ylläpitoon käytettävät työkalut ovat toinen alue, jolla uusi teknologia voi vaikuttaa merkittävästi. Rakentaminen on vaarallinen ala, jossa loukkaantumis- ja kuolemantapausten määrä on suuri raskaiden koneiden ja käsityön käytön vuoksi. 3D-tulostus voi monin tavoin auttaa vähentämään loukkaantumis- ja kuolemanriskiä rakennusalalla. Tutkijat ovat esimerkiksi suunnitelleet 3D-tulostimen, jolla voidaan valmistaa muovista tai metallista työkaluja, kuten ruuvimeisseleitä ja avaimia. Näin valmistajat voivat luoda työkaluja, jotka ovat paljon kevyempiä ja turvallisempia kuin nykyiset versiot. Vastaavasti uudenlainen betoni, jota käytetään rakentamisessa, voisi tehdä lapioiden kaltaisista työkaluista paljon kevyempiä. Tämä betoni on suunniteltu niin, että se on paljon vähemmän tiivistä kuin perinteinen betoni, mikä tekee sen kuljettamisesta paljon helpompaa. Ja uudenlainen teräs, joka on tavallista terästä joustavampaa ja vähemmän haurasta, voisi tehdä rakennustyökaluista kestävämpiä.
Päätelmät
Rakennusteollisuus on massiivinen kasvihuonekaasupäästöjen lähde, mutta myös yksi aloista, jotka ovat kaikkein kypsimpiä teknologiseen muutokseen. Uudet materiaalit, rakentamismenetelmät ja rakennusten suunnittelutavat auttavat varmistamaan, että tulevaisuuden rakennukset ovat puhtaampia, turvallisempia ja kestävämpiä kuin nykyiset.