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近日，美國(guó)能源部(DOE)先進(jìn)能源研究計(jì)劃署(ARPA-E)宣布投入3900萬(wàn)美元設(shè)立“將大氣中的排放用于建筑結(jié)構(gòu)”(HESTIA)主題研發(fā)計(jì)劃，用于支持18個(gè)研發(fā)項(xiàng)目，以開(kāi)發(fā)和示范利用建筑材料及建筑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)碳封存的前沿技術(shù)，包括：

1、利用生物燃料生產(chǎn)中的低價(jià)值副產(chǎn)品制造高性能負(fù)碳混凝土。利用可持續(xù)航空燃料生產(chǎn)中的低價(jià)值副產(chǎn)品制造生物基輔助性凝膠材料和混凝土添加劑，開(kāi)發(fā)一種負(fù)碳隔熱混凝土。將驗(yàn)證通過(guò)對(duì)生物質(zhì)加工產(chǎn)生的活性炭、氣凝膠和灰燼進(jìn)行煅燒，可以取代普通“預(yù)拌”混凝土中的大部分普通硅酸鹽水泥。

2、利用漢麻混凝土3D打印建筑，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性和可恢復(fù)性。使用漢麻混凝土進(jìn)行大規(guī)模3D打印，開(kāi)發(fā)住宅和商用凈負(fù)碳排放建筑。

(資料圖片)

3、利用光合途徑生產(chǎn)負(fù)碳石灰石硅酸鹽水泥。利用球石藻生產(chǎn)生物源CaCO3，即通過(guò)光合作用和鈣化作用實(shí)現(xiàn)直接空氣碳捕集，以礦物質(zhì)形式儲(chǔ)存CO2。將生物基CaCO3與生物硅酸鹽水泥混合，生產(chǎn)負(fù)碳石灰石硅酸鹽水泥。

4、生物基絕緣板的模塊化設(shè)計(jì)和增材制造。使用生物質(zhì)纖維素(或秸稈)和超絕熱硅膠，設(shè)計(jì)和增材制造模塊化超絕緣板材料，可在環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)面板的高通量連續(xù)制造。

5、采用3D打印碳吸收纜索系統(tǒng)的高性能建筑結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)一種負(fù)碳排放型建筑結(jié)構(gòu)，其方法是：①開(kāi)發(fā)一種高性能、預(yù)制的纜索地板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，最大限度地減少質(zhì)量和增加碳吸收表面積;②使用新型碳吸收混凝土混合物作為建筑材料;③使用新型混凝土材料和生物基碳材料3D打印零件。

6、用于負(fù)碳排放建筑/構(gòu)造的纖維素-菌絲體復(fù)合材料。將泡沫纖維素與菌絲體相結(jié)合，開(kāi)發(fā)一種新型高性能負(fù)碳復(fù)合材料。還將開(kāi)發(fā)隔熱和隔音的纖維素-菌絲體復(fù)合材料，具有以下特點(diǎn)：①可實(shí)現(xiàn)碳捕集和封存;②可以在當(dāng)?shù)刂圃?③比碳材料和礦物材料成本更低;④是抗菌材料;⑤用于建筑節(jié)能改造。

7、凈負(fù)碳排放、可重復(fù)使用住宅的開(kāi)發(fā)與示范。開(kāi)發(fā)一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)流程和模塊化單戶“循環(huán)住宅”，基于生物材料設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)易于拆卸和組裝，可再利用并最大限度減少?gòu)U物產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)全生命周期負(fù)碳排放。

8、用于住宅和商業(yè)建筑的纖維素-水泥復(fù)合材料。利用不適合木材生產(chǎn)的小直徑原木制造纖維素-水泥復(fù)合材料，可吸收大氣中的CO2、抗腐爛和真菌生長(zhǎng)、防火和傳熱，并與當(dāng)前施工工藝兼容。

9、用于定向刨花板和其他工程木材的可再生負(fù)碳粘合劑?；诳沙掷m(xù)生物資源和生物基聚合物化學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)粘合劑，其性能和成本與現(xiàn)有粘合劑相當(dāng)，且不含刺激性的異氰酸酯。

10、基于直接空氣碳捕集技術(shù)的預(yù)拌負(fù)碳混凝土建筑構(gòu)造。開(kāi)發(fā)一種硅酸鹽水泥負(fù)碳替代品，將利用直接空氣碳捕集技術(shù)，將工業(yè)礦物廢物轉(zhuǎn)化為可回收的水泥替代品，以替代耐久性優(yōu)異的硅酸鹽水泥。

11、交叉層壓木材-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)建筑的碳封存技術(shù)。將建造帶有交叉層壓木地板和墻壁隔板的鋼框架建筑，示范多層負(fù)碳建筑的部署可行性。

12、能消耗CO2的堅(jiān)固“活”木建筑。開(kāi)發(fā)一種具有鋼鐵強(qiáng)度的新型“活”木材，其具有自愈能力及碳封存能力。該木柴在生長(zhǎng)、制造和使用過(guò)程中吸收二氧化碳，其制造過(guò)程利用合適的微生物填充木材孔隙，可以顯著增強(qiáng)木材堅(jiān)固性和自愈能力，并避免傳統(tǒng)用于處理和改性的刺激性化學(xué)品的使用。

13、用于高性能絕緣的木質(zhì)素碳封存泡沫塑料。將使用非異氰酸酯方法開(kāi)發(fā)更高性能、負(fù)碳和生態(tài)友好的木質(zhì)素聚氨酯泡沫塑料作為建筑隔熱材料。

14、適應(yīng)未來(lái)需求，為報(bào)廢拆除/重建/施工而設(shè)計(jì)的負(fù)碳全木地板系統(tǒng)。將開(kāi)發(fā)一種用于建筑的100%木質(zhì)地板系統(tǒng)，由厚壓縮木材層組成，用于制造堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)承重件。項(xiàng)目將建造并測(cè)試全尺寸組件和樣本，以評(píng)估結(jié)構(gòu)安全和性能、聲學(xué)性能以及拆除/再造/施工的可行性。

15、高性能負(fù)碳隔熱建筑。開(kāi)發(fā)一種可持續(xù)、高性能隔熱材料，將大氣中的二氧化碳儲(chǔ)存于隔熱材料結(jié)構(gòu)中。項(xiàng)目將進(jìn)行纖維素原材料采購(gòu)和加工、隔熱化學(xué)優(yōu)化、制造工藝開(kāi)發(fā)、隔熱產(chǎn)品測(cè)試以及工藝和生命周期分析建模，以證明隔熱產(chǎn)品符合建筑技術(shù)性能要求，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、高效的制造。

16、新一代負(fù)碳排放竹框架材料。將竹木混合(40%/60%)雙面板空心墻改進(jìn)至竹含量超過(guò)90%，以開(kāi)發(fā)符合建筑規(guī)范的垂直架構(gòu)墻系統(tǒng)，用于建造負(fù)碳中低層建筑。

17、將CO2、碳纖維廢物和生物材料回收到復(fù)合板中，以制造低碳建筑材料。開(kāi)發(fā)基于CO2衍生碳納米管、回收碳纖維廢料和天然生物纖維的復(fù)合板，用于內(nèi)墻面覆蓋物、非承重內(nèi)墻、外墻面和天花板。

18、負(fù)碳生物混凝土單元生產(chǎn)概念。確定生物混凝土的生產(chǎn)工藝和材料組成，以生產(chǎn)負(fù)碳水泥建筑材料。項(xiàng)目將通過(guò)生物膠結(jié)或微生物誘導(dǎo)方解石沉淀技術(shù)，顯著降低能耗、碳排放和物流成本。