會發電的混凝土!打造零排放建築 成就全球永續家園

撰文|黃勻薔 圖片來源|Pexels 發佈 : 2022/1/24

韓國學術單位經研究、發展,開創以水泥作為基底的混和物,此種混和物具有良好的發電、儲電性能,將成為零排放建築的重要推手。

縱觀歷史,早在古羅馬時期,人們就將石灰、火山灰混合,作為建築原料,這也是史上最早出現的水泥。水泥由石灰石、黏土、矽砂、鐵砂等原料混合,再經過研磨、燒成等步驟,使用時與水混合會凝固、硬化,可作為接合介質或鋪面等用途。在建築產業網絡中,水泥被視為網絡的中樞。近期,荷蘭一間刊登全球科學、技術、醫學等資訊的學術出版社 Elsevier ,其發行的期刊《Nano Energy》中,一篇文章內容表示,來自韓國仁川大學(Incheon National University)、慶熙大學(Kyung Hee University)、高麗大學(Korea University)的工程師攜手合作,研發出一種將水泥作為基底的混和物(cement-based composite , CBC),可加入混凝土中,在不影響結構的情況下產生電力。

建築;建材;永續;混凝土;CBC

良好的發電性能
CBC 由碳纖維發展製成,可達到摩擦發電式奈米發電機的效能(triboelectric nanogenerator, TENG),採用 CBC 混凝土的建築結構,能夠產生電力,也能儲存雨水、海浪、風等外部因素產生的力電能。目前全球多數電力由發電廠燃燒化石燃料取得,不具有再生性,進而對環境造成影響,導致氣候變遷;若建築結構採用 CBC ,則能夠使發電廠減少約40%的能量消耗。為了測試 CBC 混凝土的發電性能,研究人員採用 CBC 打造了電容器。

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要讓 CBC 混凝土的電性效能達到最理想的狀態,僅需有1%的碳纖維含量。根據目前的測試結果,此材料產生的電力,明顯低於人體對電力的最大容忍度,因此能排除觸電致死的危險性。除了具有發電、儲電的功能,建築體使用此材料,還能搭載感測系統,進行結構健康監測 (Structural health monitoring),在沒有其他電能提供下,預測結構的使用壽命。

此研究目前正朝向淨零排放(net-zero,亦稱碳中和)的目標發展邁進,也希望將來 CBC 混凝土能夠被擴大使用,打造出真正的零排放建築,進而建構人與自然和諧共存的永續家園。

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〈Toward smart net zero energy structures: Development of cement-based structural energy material for contact electrification driven energy harvesting and storage

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