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La innovación en materiales avanzados ofrece el potencial disruptivo para transformar la forma en que construimos nuestras ciudades del futuro y hacerlas más verdes e inteligentes.
La construcción está asociada con las llamadas Industrias Fundamentales, que abarcan el vidrio de cemento, cerámica, rieles, Sectores de papel y productos químicos a granel, que en total producen 28 millones de toneladas de materiales al año y representan hasta el 10 por ciento del CO total del Reino Unido. 2 emisiones.
Si consideramos la Ley de Cambio Climático (2008) y el llamado del gobierno del Reino Unido para reducir las emisiones de carbono a un 80 por ciento por debajo de los niveles que se observaron en 1990 para 2050, entonces claramente este sector es un foco obvio para un nuevo enfoque. La innovación en nuevos materiales ayudará enormemente a los urbanistas, desarrolladores y constructores para construir un mundo sin emisiones de carbono desde los cimientos.
Reducir las emisiones de hormigón
Un candidato obvio es poner grafeno en concreto. Según Chatham House, el instituto de asuntos internacionales, La producción mundial de cemento, el 'pegamento' que mantiene unido al hormigón, representa un asombroso ocho por ciento del CO2 del mundo. 2 producción.
Los experimentos recientes con hormigón mejorado con grafeno han sido realmente prometedores. Mi colega Adrian Nixon, el editor del Nixene Journal (una publicación independiente dedicada al grafeno y las noticias científicas de materiales 2-D), ha realizado una revisión de los diversos estudios sobre la adición de pequeñas cantidades de grafeno y óxido de grafeno al hormigón. La revisión de Adrian reveló que la adición de solo 0.03 por ciento de polvo de grafeno aumentó la resistencia del concreto en un promedio conservador del 25 por ciento.
Entonces, teniendo en cuenta la proporción de CO global de la producción de cemento 2 emisiones, Por lo tanto, se podría argumentar que al ofrecer una eficiencia del 25 por ciento para la producción de concreto mediante la adición de grafeno, A su vez, podríamos ver esto correr a través de la cadena de suministro y potencialmente ofrecer una reducción del dos por ciento en el CO en todo el mundo. 2 niveles. Esa es una propuesta emocionante y que podría debatirse extensamente, pero el punto esencial es este:al agregar una cantidad modesta de grafeno a un material de construcción como el concreto, podemos esperar un impacto transformador en nuestro medio ambiente.
Ciudades más inteligentes
La idea de mejorar la sostenibilidad de los materiales para la construcción es claramente donde debemos poner una gran atención, pero otra área muy interesante que quizás se pasa por alto es cómo podemos usar los beneficios de los materiales avanzados para respaldar las ciudades inteligentes del futuro.
Las ciudades inteligentes se consideran una forma de hacer que nuestros entornos urbanos sean mucho más eficientes y ecológicos mediante la adopción de tecnologías digitales que pueden, por ejemplo, integrar y administrar mejor nuestros sistemas de energía y servicios públicos.
Sin embargo, ¿Qué pasaría si parte de esta tecnología se integrara directamente en los materiales que se utilizaron en nuestros edificios e infraestructura? Lo emocionante del grafeno y la familia más amplia de materiales 2-D, y las infinitas combinaciones de estas capas ultradelgadas para desarrollar nuevos 'materiales de diseño' que colectivamente llamo 'grafenos', es su extraordinaria capacidad multifuncional. Dichos materiales serían ideales para desarrollar una nueva generación de infraestructura inteligente.
Redes de carreteras avanzadas
Como ejemplo, el Centro de Innovación en Ingeniería de Grafeno, el acelerador insignia de materiales avanzados con sede en la Universidad de Manchester, actualmente está trabajando en varios proyectos con Highways England, la empresa gubernamental responsable de gran parte de la red de carreteras del país, y Arcadis, una firma líder mundial en diseño y consultoría de activos naturales y construidos.
Estamos apoyando a socios, incluidos Arcadis y Highways England, para abordar los desafíos en torno a la construcción y la red de carreteras. Un ejemplo podría ser cuando es necesario aplicar circuitos eléctricos a la red, generalmente subterráneo y la viabilidad de desarrollar tecnología que podría integrarse dentro de la estructura de la carretera y colocarse al mismo tiempo que la carretera, por ejemplo, como parte integral de la estructura.
Esto todavía es potencialmente un proyecto rápido del tipo "hacer o deshacer" y requerirá muchas ideas nuevas, pero la solución podría estar dentro del betún o un marcador de superficie, como la línea de la carretera.
¿Podría la propia carretera cargar su coche?
Pero, ¿qué pasaría si pudiéramos utilizar esta capacidad multifuncional en toda la infraestructura y los edificios que componen un pueblo o ciudad? Transformaría la conectividad y haría que la estructura misma de nuestros entornos construidos fuera receptiva e intuitiva a nuestras necesidades diarias.
Entonces, podemos empezar a imaginar puntos de recarga integrados a lo largo de nuestra red de carreteras, y cada vez que un coche eléctrico se detiene en un semáforo o descansa en una plaza de aparcamiento, puede cargarse in situ. Si los vehículos del futuro estuvieran usando almacenamiento de energía híbrida, es decir, un tren de potencia de batería con una unidad de supercondensador, entonces podrían cargarse rápidamente mientras sus conductores circulan felices por la ciudad. Y esas baterías y supercondensadores por supuesto, cuentan con nuevos materiales que les permiten operar de manera mucho más efectiva en comparación con los dispositivos de almacenamiento de energía que estamos obligados a usar en la actualidad.
Se podrían lograr avances similares con la tecnología de sensores, que será fundamental para que las ciudades alcancen los niveles de conectividad necesarios para ser más inteligentes, más eficiente y, en última instancia, más ecológico. El grafeno y los sensores son una combinación natural porque la gran relación superficie-volumen del grafeno, propiedades ópticas únicas, La excelente conductividad y movilidad eléctricas y la alta conductividad térmica pueden mejorar enormemente la funcionalidad de una gama de sensores.
El grafeno y los materiales avanzados potencialmente tienen un papel muy importante que desempeñar para hacer que nuestros edificios e infraestructura no solo sean significativamente más ecológicos sino también más inteligentes. Mientras buscamos enfrentar el desafío del cambio climático y nuestro objetivo es 'reconstruir mejor', Estoy convencido de que debemos explorar con más urgencia cómo los materiales avanzados pueden proporcionar los componentes básicos para un nuevo y emocionante futuro.
