نانومواد

گرافن: سنگ بنای شهرهای پایدار

graphene
اعتبار: دامنه عمومی CC0

نوآوری در مواد پیشرفته این پتانسیل مخرب را دارد که می تواند شیوه ساخت شهرهای آینده خود را تغییر دهد – و آنها را سبزتر و هوشمندتر کند.

ساخت و ساز به اصطلاح صنایع بنیادی مرتبط است – که شامل بخشهای شیشه سیمان ، سرامیک ، فلزات ، کاغذ و مواد شیمیایی فله می باشد – که در مجموع سالانه ۲۸ میلیون تن مواد تولید می کنند و تا حدود ۱۰ درصد از کل انتشار CO ۲ انگلیس.

اگر قانون تغییر اقلیم (۲۰۰۸) و درخواست دولت انگلیس برای کاهش انتشار کربن به ۸۰ درصد کمتر از میزان مشاهده شده در سال ۱۹۹۰ تا سال ۲۰۵۰ را در نظر بگیریم ، بدیهی است که این بخش تمرکز آشکاری برای یک رویکرد جدید است. نوآوری در مواد جدید به طراحان ، توسعه دهندگان و سازندگان شهر کمک خواهد کرد تا از پایه و اساس جهانی با کربن صفر بسازند.

کاهش انتشار بتن

یک نامزد واضح در حال قرار دادن گرافن در بتن است. طبق گفته چاتم هاوس ، م instسسه امور بین الملل ، تولید جهانی سیمان – “چسبی” که بتن را بهم می چسباند – به طور حیرت انگیز هشت درصد از تولید CO ۲ جهان است.

آزمایشات اخیر با بتن تقویت شده با گرافن واقعاً امیدوار کننده بوده است. همکار من ، آدریان نیکسون ، سردبیر مجله Nixene (نشریه مستقلی که به اخبار علوم مواد گرافن و دو بعدی اختصاص دارد) ، مروری بر مطالعات مختلف درباره افزودن مقادیر کمی از گرافن و گرافن اکسید به بتن انجام داده است. بررسی آدریان نشان داد که افزودن فقط ۰۳/۰ درصد پودر گرافن باعث افزایش مقاومت بتن با میانگین محافظه کارانه ۲۵ درصد می شود.

بنابراین ، با در نظر گرفتن نسبت تولید گاز سیمان در جهان از تولید CO2 ، می توان ادعا کرد که با ارائه کارایی ۲۵ درصدی برای تولید بتن از طریق افزودن گرافن ، می توانیم به نوبه خود ببینیم این امر از طریق زنجیره تأمین انجام می شود و به طور بالقوه دو درصد کاهش در سطح CO ۲ در سراسر جهان به وجود می آورد. این یک پیشنهاد هیجان انگیز است و می توان طولانی مدت در مورد آن بحث کرد – اما نکته اساسی این است: با افزودن مقدار متوسطی از گرافن به مصالح ساختمانی مانند بتن ، ما می توانیم تأثیر تحول آفرینی بر محیط خود داشته باشیم.

شهرهای هوشمندتر

ایده بهبود پایداری مصالح برای ساخت و ساز مشخصاً جایی است که باید توجه زیادی را به آن معطوف کنیم – اما یک منطقه بسیار جالب دیگر که شاید نادیده گرفته شود این است که چگونه می توانیم از مزایای مواد پیشرفته برای پشتیبانی از شهرهای هوشمند آینده استفاده کنیم.

شهرهای هوشمند به عنوان روشی برای کارآمدتر و سبزتر کردن محیط های شهری ما از طریق استفاده از فناوری های دیجیتال تلقی می شوند که به عنوان مثال می توانند سیستم های سودمند و انرژی ما را بهتر ادغام و مدیریت کنند.

با این حال ، اگر برخی از این فناوری مستقیماً در موادی که به ساختمانها و زیرساختهای ما وارد شده بود ، جاسازی شود ، چه می کنید؟ نکته هیجان انگیز در مورد گرافن و خانواده گسترده تر از مواد دو بعدی – و ترکیبات بی پایان این لایه های فوق العاده نازک برای تولید کاملاً جدید “مواد طراح” که من آنها را “گرافن ها” می نامم – قابلیت فوق العاده چند منظوره آنهاست. چنین موادی برای توسعه نسل جدید زیرساخت های هوشمند ایده آل خواهد بود.

شبکه های جاده ای پیشرفته

به عنوان نمونه ، مرکز نوآوری مهندسی گرافن ، گل سرسبد شتاب دهنده مواد پیشرفته مستقر در دانشگاه منچستر ، در حال حاضر در حال کار بر روی تعدادی از پروژه ها با بزرگراههای انگلیس ، شرکت دولتی مسئول بیشتر شبکه های جاده ای کشور است و Arcadis ، یک شرکت مشاوره جهانی در زمینه طراحی و مشاوره دارایی های طبیعی و ساخته شده است.

ما در پرداختن به چالش های پیرامون ساخت و ساز و شبکه راه از شرکایی از جمله Arcadis و Highways England پشتیبانی می کنیم. به عنوان مثال می توان به مواردی اشاره کرد که مدارهای الکتریکی نیاز به شبکه دارند ، معمولاً در زیر زمین و امکان توسعه فناوری است که می تواند در ساختار جاده تعبیه شده باشد و همزمان با بزرگراه گذاشته شود ، به عنوان مثال ، به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از ساختار.

این هنوز به طور بالقوه یک پروژه سریع “ساخت یا شکست” است و نیاز به تفکر جدیدی دارد – اما راه حل می تواند در داخل قیر یا یک نشانگر سطح مانند خط جاده باشد.

آیا جاده می تواند ماشین شما را شارژ کند؟

اما اگر بتوانیم از این قابلیت چند منظوره در تمام زیرساخت ها و ساختمانهایی که یک شهر یا شهر را تشکیل می دهند استفاده کنیم ، چه می کنیم؟ این امر باعث ایجاد اتصال می شود و بافت محیط ساخته شده ما را با روزانه پاسخگو و شهودی می کند. نیاز دارد .

بنابراین ، ما می توانیم نقاط شارژ را که در شبکه راه ما جاسازی شده اند ، تصور کنیم – و هر بار که ماشین الکترونیکی در چراغ های راهنمایی متوقف می شود یا در جای پارک استراحت می کند ، می تواند در محل شارژ شود. اگر وسایل نقلیه آینده از ذخیره انرژی ترکیبی استفاده می کنند – یعنی یک پیشرانه باتری با یک واحد خازن فوق العاده – پس از آنکه رانندگانشان با خوشحالی به شهر می روند ، می توانند به سرعت شارژ شوند. و این باتری ها و ابر خازن ها ، البته ، دارای مواد جدید ای هستند که آنها در مقایسه با دستگاههای ذخیره انرژی که امروز مجبور به استفاده از آنها هستیم بسیار موثرتر عمل می کنند.

با فناوری حسگر می توان پیشرفت های مشابهی را به دست آورد ، که اگر شهرها به سطح اتصال مورد نیاز برای هوشمندتر ، کارآمدتر و در نهایت سرسبزتر برسند ، بسیار مهم خواهد بود. گرافن و سنسورها ترکیبی طبیعی هستند زیرا گرافن سطح به حجم زیاد نسبت ، ویژگی های نوری منحصر به فرد ، هدایت الکتریکی و تحرک عالی و هدایت حرارتی بالا می تواند عملکرد طیف وسیعی از حسگرها را تا حد زیادی افزایش دهد.

گرافن و مواد پیشرفته به طور بالقوه نقش بسزایی در ایجاد ساختمانها و زیرساختهای ما نه تنها به میزان قابل توجهی سبز بلکه به طور آشکار هوشمندانه دارند. همانطور که ما به دنبال برآوردن چالش تغییر اقلیم هستیم و هدف آن “بازسازی بهتر” است ، من متقاعد شده ام که باید با فوریت بیشتری در مورد چگونگی مواد پیشرفته می تواند عناصر سازنده آینده جدید مهیج را فراهم کند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا