L'innovazione nei materiali avanzati offre il potenziale dirompente per trasformare il modo in cui costruiamo le nostre città del futuro e renderle più verdi e intelligenti.

La costruzione è associata alle cosiddette Foundation Industries, che abbracciano il vetro di cemento, ceramica, metalli, settori della carta e dei prodotti chimici sfusi, che in totale producono 28 milioni di tonnellate di materiali all'anno e rappresentano fino al 10% della CO totale del Regno Unito ₂ emissioni.

Se consideriamo il Climate Change Act (2008) e la richiesta del governo del Regno Unito di ridurre le emissioni di carbonio dell'80% al di sotto dei livelli osservati nel 1990 entro il 2050, allora chiaramente questo settore è un obiettivo ovvio per un nuovo approccio. L'innovazione nei nuovi materiali aiuterà enormemente gli urbanisti, sviluppatori e costruttori per costruire un mondo a zero emissioni di carbonio dalle fondamenta.

Ridurre le emissioni di calcestruzzo

Un candidato ovvio sta mettendo il grafene nel cemento. Secondo Chatham House, l'istituto per gli affari internazionali, la produzione globale di cemento, la "colla" che tiene insieme il calcestruzzo, rappresenta l'incredibile 8% della CO mondiale ₂ produzione.

I recenti esperimenti con il calcestruzzo potenziato con grafene sono stati davvero promettenti. Il mio collega Adrian Nixon, l'editore del Nixene Journal (una pubblicazione indipendente dedicata al grafene e alle notizie sulla scienza dei materiali 2-D), ha condotto una revisione dei vari studi sull'aggiunta di piccole quantità di grafene e ossido di grafene al calcestruzzo. La recensione di Adrian ha rivelato che l'aggiunta di appena lo 0,03 percento di polvere di grafene ha aumentato la resistenza del calcestruzzo di una media conservativa del 25 percento.

Così, tenendo presente la quota della produzione di cemento di CO . globale ₂ emissioni, si potrebbe quindi sostenere che fornendo un'efficienza del 25% per la produzione di calcestruzzo attraverso l'aggiunta di grafene, potremmo a nostra volta vedere questo percorso attraverso la catena di approvvigionamento e potenzialmente fornire una riduzione del due percento della CO . mondiale ₂ livelli. Questa è una proposta entusiasmante e che potrebbe essere discussa a lungo, ma il punto essenziale è questo:aggiungendo una modesta quantità di grafene a un materiale da costruzione come il cemento, possiamo aspettarci un impatto trasformativo sul nostro ambiente.

Città più intelligenti

L'idea di migliorare la sostenibilità dei materiali per l'edilizia è chiaramente dove dovremmo porre grande attenzione, ma un'altra area molto interessante che forse viene trascurata è come possiamo utilizzare i vantaggi dei materiali avanzati per supportare le città intelligenti del futuro.

Le città intelligenti sono viste come un modo per rendere i nostri ambienti urbani molto più efficienti e più verdi attraverso l'adozione di tecnologie digitali che possono, Per esempio, integrare e gestire meglio i nostri sistemi di utilità ed energia.

Però, e se una parte di questa tecnologia fosse incorporata direttamente nei materiali che entrano nei nostri edifici e nelle nostre infrastrutture? La cosa eccitante del grafene e della più ampia famiglia di materiali 2-D e delle infinite combinazioni di questi strati ultrasottili per sviluppare nuovissimi "materiali di design" che collettivamente chiamo "grafeni" è la loro straordinaria capacità multifunzionale. Tali materiali sarebbero ideali per sviluppare una nuova generazione di infrastrutture intelligenti.

Reti stradali avanzate

Come esempio, il Centro per l'Innovazione dell'Ingegneria del Grafene, l'acceleratore di materiali avanzati di punta con sede presso l'Università di Manchester, sta attualmente lavorando su una serie di progetti con Highways England, la società governativa responsabile di gran parte della rete stradale nazionale, e Arcadi, una società leader a livello mondiale di progettazione e consulenza per i beni naturali e costruiti.

Supportiamo partner tra cui Arcadis e Highways England nell'affrontare le sfide relative alla costruzione e alla rete stradale. Un esempio potrebbe essere quando è necessario applicare circuiti elettrici alla rete, solitamente sotterranee e la fattibilità di sviluppare una tecnologia che potrebbe essere incorporata all'interno della struttura stradale stessa e posata contemporaneamente all'autostrada, Per esempio, come parte integrante della struttura.

Questo è ancora potenzialmente un progetto rapido di tipo "make or break" e richiederà molte nuove idee, ma la soluzione potrebbe essere all'interno del bitume o di un marcatore di superficie, come la linea stradale.

La strada stessa potrebbe caricare la tua auto?

Ma cosa accadrebbe se potessimo avere questa capacità multifunzionale utilizzata in tutte le infrastrutture e gli edifici che compongono una città? Trasformerebbe la connettività e renderebbe il tessuto stesso dei nostri ambienti costruiti reattivo e intuitivo alle nostre esigenze quotidiane.

Così, possiamo iniziare a immaginare punti di ricarica integrati nella nostra rete stradale e ogni volta che un'auto elettrica si ferma al semaforo o si ferma in un parcheggio può essere ricaricata sul posto. Se i veicoli del futuro utilizzassero l'accumulo di energia ibrido, ovvero un gruppo propulsore a batteria con un'unità a supercondensatore, allora potrebbero essere caricati rapidamente mentre i loro conducenti si spostano allegramente in città. E quelle batterie e supercondensatori lo farebbero, Certo, presentano nuovi materiali che consentono loro di funzionare in modo molto più efficace rispetto ai dispositivi di accumulo di energia che siamo costretti a utilizzare oggi.

Progressi simili potrebbero essere fatti con la tecnologia dei sensori, che sarà fondamentale se le città vogliono raggiungere i livelli di connettività necessari per diventare più intelligenti, più efficiente e, in definitiva, più verde. Grafene e sensori sono una combinazione naturale perché l'ampio rapporto superficie-volume del grafene, proprietà ottiche uniche, un'eccellente conduttività elettrica e mobilità e un'elevata conduttività termica possono migliorare notevolmente la funzionalità di una gamma di sensori.

Il grafene e i materiali avanzati hanno potenzialmente un ruolo enorme da svolgere nel rendere i nostri edifici e le nostre infrastrutture non solo significativamente più ecologici ma anche più intelligenti. Mentre cerchiamo di affrontare la sfida del cambiamento climatico e miriamo a "ricostruire meglio", Sono convinto che dobbiamo esplorare con maggiore urgenza come i materiali avanzati possano fornire i mattoni per un nuovo entusiasmante futuro.