碳負排放建築新突破：珊瑚啟發的二氧化碳轉化技術

南加州大學的研究團隊近期開發出一種創新技術，能夠從大氣中捕捉二氧化碳，並將其轉化為堅固且防火的建築材料，為碳負排放建築提供了極具潛力的解決方案。這項技術的靈感來自於海洋珊瑚礁，並已發表於《npj Advanced Manufacturing》期刊。

研究團隊從珊瑚礁的自然能力中獲得啟發，珊瑚能夠透過固碳作用形成堅固的結構。這項技術所製造的礦物-聚合物複合材料展現出卓越的機械強度、斷裂韌性以及防火效能。南加州大學維特比工程學院土木與環境工程系副教授王啟明表示：「這是二氧化碳轉化技術進化的重要一步。與傳統的碳捕捉技術不同，我們的新電化學製造過程將二氧化碳轉化為碳酸鈣礦物，並應用於3D列印的聚合物支架中。」

現有的碳捕捉技術通常專注於儲存二氧化碳或將其轉化為液態物質，但這些方法往往成本高昂且效率低下。這項新技術透過將碳捕捉直接整合到建築材料中，提供了一種更經濟的解決方案。王啟明指出：「海洋珊瑚的神奇能力是這項研究突破的關鍵。作為一種生物，珊瑚能夠利用光合作用從大氣中捕捉二氧化碳，並將其轉化為結構。」

研究團隊模仿珊瑚形成其文石骨骼結構的過程，創造出3D列印的聚合物支架，並在其表面塗上一層薄薄的導電層。這些塗層結構隨後被連線到電化學電路中作為陰極，並浸泡在氯化鈣溶液中。當二氧化碳被加入溶液時，它會經過水解作用分解為碳酸氫根離子，這些離子與溶液中的鈣反應形成碳酸鈣，逐漸填滿3D列印的孔隙，最終形成緻密的礦物-聚合物複合材料。

這項實驗性複合材料最令人驚奇的特點之一是其對火的反應。儘管3D列印的聚合物支架本身缺乏防火效能，但礦化後的複合材料在研究團隊的火焰測試中仍能保持結構完整性。王啟明解釋道：「這種製造方法揭示了一種自然的防火機制，能夠承受30分鐘的直接火焰暴露。在高溫下，碳酸鈣礦物會釋放少量二氧化碳，這些二氧化碳似乎具有滅火效果。這種內建的安全特性為需要防火效能的建築和工程應用提供了顯著優勢。」

此外，損壞的結構可以透過連線低壓電流進行修復，電化學反應能夠重新接合裂縫並恢復機械強度。經過嚴格的生命週期評估，研究人員發現這些製造的結構具有負碳足跡，顯示其碳捕捉量超過了製造和運營過程中的碳排放。

研究團隊還展示瞭如何透過模組化方法將這些複合材料組裝成更大的結構，創造出大規模的承重結構。這些複合材料未來可能應用於建築及其他需要高機械阻力的領域。王啟明表示，研究團隊計劃將這項專利技術商業化。由於建築材料和建築施工約佔全球碳排放的11%，這項新製造方法為實現碳負排放建築奠定了基礎。