2024年12月17日，新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）研究人員開發了一種創新的3D列印混凝土技術，該技術能夠捕捉碳，為減少建築業的環境足跡提供了有前景的解決方案。

△研究主題為「利用原位二氧化碳和蒸汽整合3D列印混凝土進行碳捕獲和封存」（傳送門）

这一突破性研究发表在《Carbon Capture Science & Technology》期刊上，旨在通过减少材料用量、缩短施工周期和降低劳动力需求，显著降低水泥的碳足迹。水泥生产每年排放约16亿吨二氧化碳（CO2），占全球二氧化碳排放量的8%。研究结果表明，二氧化碳和蒸汽的注入显著改善了混凝土的机械性能，与传统的3D打印混凝土相比，新混凝土强度和耐久性更强。

△研究人員新開發的3D混凝土

本研究的首席研究員、南洋理工大學機械與航空航天工程學院（MAE）及新加坡3D列印中心（SC3DP）主任Tan Ming Jen教授表示：「建築業是全球溫室氣體排放的重要來源之一。我們新開發的3D列印混凝土系統提供了一種減少碳排放的替代方案，不僅改善了混凝土的機械性能，還有效減少了該產業對環境的負面影響。並封存的創新方案。

△新系統將捕獲的二氧化碳直接封存到混凝土中，然後在噴嘴列印頭處沉積，從而實現人工加速碳化反應並增強機械性能

新型3D混凝土可實現二氧化碳封存與吸收

為了實現這款新型3D混凝土列印系統，團隊將3D列印機與二氧化碳泵浦和蒸汽噴射器連接。在列印過程中，系統將二氧化碳和蒸氣注入混凝土混合物中。二氧化碳與混凝土成分反應後，轉化為固體並永久儲存，鎖在材料內部。同時，蒸汽的引入有助於提升3D列印結構對二氧化碳的吸收能力，進而增強混凝土的性能。

在实验室测试中，研究人员发现使用该系统打印的混凝土结构可打印性提高了50%，意味着成型和打印效率得到了显著提升。与此同时，打印出的混凝土展现出更优越的强度和耐用性。与传统3D打印混凝土相比，打印结构的抗压强度（即可承受的重量）提高了36.8%，抗弯强度（即断裂前的弯曲程度）提高了45.3%。

值得注意的是，这一技术不仅显著提高了性能，还在环境保护方面表现出色，与传统3D打印方法相比，采用该系统可吸收和封存更多的二氧化碳，达到38%的提升。

研究的第一作者、南洋理工大學建築與工程學院博士生Lim Sean Gip表示：「我們正處於一個關鍵的時刻，全球正在加速實現氣候變遷目標。我們相信我們的技術能夠幫助建築業朝著更加可持續的方向發展，」該研究的第一作者、南洋理工大學建築與工程學院博士生Lim Sean Gip表示。

論文合著者、南洋理工大學工程與建築學院研究員Daniel Tay博士補充道：「我們提出的系統展示瞭如何有效捕獲二氧化碳並將它用於混凝土3D列印，從而生產更堅固、更環保的建築材料，推動建築技術的持續進步。

團隊相信，他們的創新對實現全球永續發展目標和減少建築業對傳統能源密集型材料（如鋼筋混凝土）的依賴具有重要意義。未來的研究將進一步優化3D列印製程，提高生產效率，並探討使用廢氣取代純二氧化碳的可能性。

南洋理工大學以及國際合作夥伴已為此創新申請了美國專利。