一种受珊瑚礁启发的新方法可以捕获大气中的二氧化碳并将其转化为耐用、防火的建筑材料，为碳负建筑提供一种有希望的解决方案。

该方法由南加州大学的研究人员开发，并在npj Advanced Manufacturing发表的一项研究中进行了详细介绍，其灵感来自海洋珊瑚礁通过封存二氧化碳创造坚固结构的自然能力。由此产生的矿物聚合物复合材料具有非凡的机械强度、断裂韧性和耐火能力。

南加州大学维特比工程学院土木与环境工程副教授表示：“这是二氧化碳转化技术发展的关键一步。与专注于储存二氧化碳或将其转化为液体物质的传统碳捕获技术不同，我们发现这种新的电化学制造工艺可将化合物转化为3D打印聚合物支架中的碳酸钙矿物。”

珊瑚礁的灵感

现有的碳捕获技术通常侧重于储存二氧化碳或将其转化为液体物质。然而，这种方法通常成本高昂且效率低下。这种新方法通过将碳捕获直接集成到建筑材料中，提供了一种更便宜的解决方案。

副教授将“海洋珊瑚的魔力”视为这项研究突破的基础。“作为一种生物，珊瑚可以利用光合作用从大气中捕获二氧化碳并将其转化为结构”。

该方法直接受到珊瑚如何形成其霰石骨骼结构（即珊瑚石）的启发。在自然界中，珊瑚通过一种称为生物矿化的过程形成珊瑚石，在此过程中，珊瑚通过光合作用从大气中吸收二氧化碳。然后，它将化合物与海水中的钙离子结合，在有机模板周围沉淀钙矿物。

研究团队通过创建模仿珊瑚有机模板的3D打印聚合物支架复制了这一过程。然后他们在支架上涂上一层薄薄的导电层。然后将这些涂层结构作为阴极连接到电化学电路，并浸入氯化钙溶液中。

当二氧化碳加入溶液中时，它会发生水解，分解成碳酸氢根离子。这些离子与溶液中的钙发生反应，形成碳酸钙，碳酸钙逐渐填充3D打印的孔隙。最终形成了致密的矿物聚合物复合材料。

防火性能

这种实验性复合材料最令人惊讶的特性可能是其对火的反应。虽然3D打印聚合物支架缺乏固有的防火性能，但矿化复合材料在研究团队的实验性火焰测试下保持了其结构完整性。

副教授说：“这种制造方法揭示了一种30分钟的直接火焰燃烧自然灭火机制。当暴露在高温下时，碳酸钙矿物会释放出少量二氧化碳，这似乎具有灭火作用。这种内置安全功能为防火至关重要的建筑和工程应用提供了显著的优势。”

除了防火性能外，破裂的装配式结构还可以通过接通低压电进行修复。电化学反应可以使破裂的界面重新连接，恢复机械强度。

碳负未来

经过严格的生命周期评估，研究人员发现，制造的结构具有负碳足迹，表明碳捕获量超过了与制造和运营相关的碳排放量。

研究人员还展示了如何采用模块化方法将制造的复合材料组装成更大的结构，从而创建大型承重结构；该复合材料可用于建筑和其他需要高机械阻力的应用。

副教授表示，研究人员计划专注于将这项专利技术商业化。建筑材料和建筑占全球碳排放量的11%左右，这项研究的新制造方法为碳负性建筑的可能性奠定了基础。