Dekarbonisierendes Bauen mit Graphen
Die Graphen-Disruption öffnet Türen zu einer nachhaltigen Zukunft für Beton, sagt James Baker, CEO Graphene@Manchester
Beton beim Trocknen zuzusehen, ist vielleicht nicht der aufregendste Zeitvertreib – es sei denn, er ist mit Graphen angereichert. Graphen – erstmals 2004 von Forschern der Universität Manchester isoliert – ist das weltweit erste bahnbrechende 2D-Material. Seine Pionierrolle hat Graphen ikonischen Status verliehen und eine Revolution in der Materialwissenschaft mit Anwendungen von der Wasserfiltration und Energiespeicherung bis hin zu Transport und Bauwesen – einschließlich Beton – ausgelöst.
Graphen hilft uns, Zement neu zu denken. Schon bald können Sie Ihre bevorzugte Farbe, Textur und Ausstattung auswählen. Aber noch wichtiger und sogar über die Ästhetik und Funktionalität hinaus ist es die wachsende globale Nachhaltigkeitsagenda, die neues Interesse am Potenzial von mit Graphen angereichertem Beton weckt.
Der Preis ist klar. Die Bauindustrie steht angesichts der Netto-Null-Ziele vor zahlreichen Herausforderungen, und ein möglicher Weg zu einer erfolgreichen Entwicklung ist die weit verbreitete Einführung fortschrittlicher Materialien. Die Zementindustrie hat einen der höchsten CO2-Fußabdrücke aller Industriezweige und verursacht zwischen 8 und 10 % der weltweiten CO2-Emissionen. Wir arbeiten an Möglichkeiten, die Auswirkungen der Branche abzumildern, indem wir Graphen verwenden, um die Menge an Zement, Beton und Stahl, die bei Bauprojekten benötigt wird, erheblich zu reduzieren – und marktfähige Lösungen für Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus von Gebäuden und der gebauten Umwelt zu finden. von der Bauphase über den Betrieb bis zum Lebensende.
Von Laborexperimenten bis hin zu groß angelegten Standortversuchen haben wir herausgefunden, dass unsere Graphen-Zusatzmittel zu Verbesserungen der Druck-, Zug- und Biegefestigkeit von Beton, einer beschleunigten Aushärtezeit, einer Rissreduzierung und einer verringerten Wasser- und Salzpermeation führen können. Derzeit wird an der Verifizierung und Zertifizierung von mit Graphen angereichertem Beton gearbeitet, um eine Einführung in der gesamten Bauindustrie zu ermöglichen.
Dies folgt auf bahnbrechende Forschungen von Ingenieuren aus Manchester, die winzige Mengen Graphen zu Beton hinzufügten („Beton“). Mit unserem GEIC-Industriepartner Nationwide Engineering wurde im kommerziellen Maßstab nachgewiesen, dass dies eine Materialeinsparung von bis zu 30 % bei einem Bauprojekt ermöglicht, ohne dass die Festigkeit oder Integrität beeinträchtigt wird. Das bedeutet, dass Concretene nicht nur viel umweltfreundlicher ist, sondern auch potenziell kostengünstiger in der Anwendung ist.
Während wir uns nun der realen Kommerzialisierung von Graphen nähern, können wir eine zunehmende „Anziehungskraft“ der Branche für Graphen-Innovationen erkennen, die von Nachhaltigkeit angetrieben wird, und nicht vom traditionellen Technologie-„Push“ früherer Innovationen bei fortschrittlichen Materialien.
Manchester ist die globale Heimat von Graphen und die Universität unterstützt aktiv die laufende Forschung, Innovation und Kommerzialisierung durch Graphene@Manchester, indem sie offene Innovation (Manchester-Innovationsmodell) einführt und ein wachsendes Ökosystem von Startup-Unternehmen in unserem Accelerator-Hub – dem Graphene Engineering Innovation Centre ( GEIC) mit Sitz im Masdar Building in Manchester.
Dieses offene Ökosystem ist von wesentlicher Bedeutung, da es für die von uns angesprochenen Probleme keine einheitlichen Graphenlösungen gibt – es gibt verschiedene Arten von „Graphenen“ und 2D-Materialien, die für viele und unterschiedliche Zwecke am besten geeignet sind, und natürlich gibt es auch bei Beton viele Variablen vom lokalen Wasser zum lokalen Klima. Um die richtige Formulierung zu finden, ist noch einiges an „Know-how“ erforderlich.
Wir befinden uns noch im Anfangsstadium dieser Arbeit mit Beton, aber wir treiben jetzt verstärkt Graphen-verstärkte Anwendungen voran, auch in den Vereinigten Arabischen Emiraten.
Der Weg zur Kommerzialisierung
Heute befassen wir uns gemeinsam mit einem anderen GEIC-Partner, Graphene Innovations Manchester (GIM), mit Graphen-verstärktem Polymerverbundbeton (kein Zement und Wasser), da Nachhaltigkeit neue Impulse für Betoninnovationen gibt, insbesondere in den VAE. Dies mag für Hochhäuser noch nicht geeignet sein, aber für den Straßenbau und die zivile Infrastruktur bietet es ein enormes Potenzial – und nutzt recycelten Kunststoffabfall, was einen weiteren Vorteil der Reduzierung und Wiederverwendung von Abfallmaterialien mit sich bringt, ein wachsendes Problem in den Vereinigten Arabischen Emiraten auf der ganzen Welt.
GIM wurde vom Absolventen der Universität Manchester, Dr. Vivek Koncherry, gegründet, der kürzlich eine Absichtserklärung mit der Quazar Investment Company unterzeichnet hat, um ein neues Unternehmen in den Vereinigten Arabischen Emiraten zu gründen. Dies wird eines der bisher ehrgeizigsten Projekte zur Kommerzialisierung von Graphen sein, da es hochmoderne Forschung und Entwicklung beschleunigt in die Massenproduktion überführt – eine Investitionsvision im Wert von insgesamt 1 Milliarde US-Dollar.
Dieses neue Unternehmen wird hochwertige, umweltfreundliche Produkte unter Verwendung fortschrittlicher 2D-Materialien entwickeln und produzieren, darunter bahnbrechenden Graphen-betonten Beton, der weder Zement noch Wasser benötigt und aus recycelten Materialien hergestellt werden kann. Ich glaube, dass dies ein entscheidender Moment für die Kommerzialisierung von Graphen ist, da er großes Vertrauen in das Potenzial dieses fortschrittlichen Materials zeigt, unseren Übergang in eine Netto-Null-Welt voranzutreiben.
Der GIM-Ansatz verspricht Wertschöpfung und mehr – einen intelligenten und funktionalen Zement in verschiedenen Farben, Texturen und Merkmalen, in den auch Sensoren und Membranen eingebettet werden könnten – eine Konvergenz von Physischem und Digitalem im Einklang mit den Smart-City-Ambitionen der VAE.
Natürlich fragt sich die Baubranche zu Recht nach Designvorschriften, wie ein neues Material zertifiziert wird und welche Leistung es nach 20 Jahren hat. Auch wenn wir vielleicht noch nicht über alle Daten oder technische Erfahrung verfügen, ist GIM bereit, bei kleinen Projekten Risiken einzugehen, liefert gute Ergebnisse und Daten und gewinnt viel Vertrauen. Ich kann Parallelen zur Einführung von Kohlefaser erkennen, die heute fast allgegenwärtig ist, und zu denen, die damals glaubten, dass wir niemals in „Plastikflugzeugen“ fliegen würden.
Die VAE entwickeln sich schnell zum weltweiten Innovationslabor und Prüfstand, und wir lieben den Ehrgeiz des Landes. Abu Dhabi spielt eine entscheidende Rolle im Graphen-Ökosystem, in dem Masdar und die Khalifa University of Science and Technology bei Forschung und Kommerzialisierung mit Graphene@Manchester zusammenarbeiten.
Wir haben die Erfahrung gemacht, dass der GEIC ein Katalysator für Innovationen ist und unser Manchester-Innovationsmodell hilft, diese zu skalieren und einen schnellen „Make or Break“-Ansatz beim Testen von Anwendungen zu fördern. Graphen passt hervorragend zur Vision der VAE und verfügt über die erforderlichen Ressourcen und Talente – das Land möchte in diesem Jahr der Nachhaltigkeit die Zukunft gestalten, wie wir deutlich sehen können. |
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