ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОТХОДОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В 3D-ПЕЧАТИ

PROSPECTS OF USING AGRICULTURAL WASTE FOR CONSTRUCTION IN 3D PRINTING

Ilya Dyakin

student, Department of Architecture, State University of Land Management,

Russia, Moscow

Vsevolod Oleynikov

student, Department of Architecture, State University of Land Management,

Russia, Moscow

Svetlana Marakulina

scientific supervisor, PhD, Assoc. Prof., Department of Construction, State University of Land Management,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В представленной работе рассматриваются возможности использования сельскохозяйственного сырья для строительства в труднодоступных районах путем переработки и смешивания с необходимыми компонентами в 3д печати. Данный способ поможет отказаться от дорогой логистики для доставки исходных материалов и упростит монтаж, позволив устанавливать принтеры и вести полноценные стройки необходим для сельского хозяйства предприятий в далеких районах.

ABSTRACT

The presented work explores the possibilities of using agricultural raw materials for construction in hard-to-reach areas by processing and mixing with the necessary components in 3d printing. This method will help to refuse expensive logistics for delivery of initial materials and simplify installation, allowing to install printers and conduct full construction of necessary for agriculture enterprises in distant areas.

Ключевые слова. инновация, 3д печать, материалы, сельское хозяйство, труднодоступные районы.

Keywords. innovation, 3D printing, materials, agriculture, hard-to-reach areas.

Введение В последние десятилетия внимание исследователей и практиков в области строительства всё больше сосредоточивается на необходимости создания устойчивых и экологически безопасных методов ведения строительных работ. Одним из наиболее многообещающих направлений в этой области является утилизация сельскохозяйственных отходов, которая не только способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду, но и создает новые возможности для инновационного развития строительной отрасли.

Современные лаборатории исследуют перспективы использования сельскохозяйственных отходов в промышленных 3D-принтерах для создания строительных материалов. Инновационный подход заключается в проверке возможности производства декораций и компонентов из этих отходов. [1] Это позволяет не только более эффективно утилизировать органические материалы, но и создавать экологически чистые и устойчивые строительные элементы. Такие материалы могут быть использованы для строительства экологически устойчивых и эстетичных зданий, способствуя развитию инновационных подходов в сфере строительства.

Перспективы развития применения сельскохозяйственных отходов в 3D-печати для строительства

Лаборатория "Samsax", расположенная в Саксонии, активно занимается исследованием потенциала применения сельскохозяйственных отходов в области аддитивных технологий, в частности, в 3D-печати. Современные принтеры, способные работать с органическими материалами, такими как солома, древесные опилки и остатков кукурузы, предлагают новые горизонты для создания строительных компонентов. Использование этих материалов не только способствует эффективной утилизации отходов, но и снижает потребность в традиционных строительных ресурсах, таких как бетон, что в свою очередь ведет к снижению углеродного следа производственного процесса.

Применение органических материалов в строительстве

Потенциал использования сельскохозяйственных отходов в строительстве обусловлен их физико-механическими характеристиками, которые позволяют преобразовывать их в прочные и устойчивые к внешним воздействиям компоненты. Например, солома, обладая высокой прочностью на сжатие и отличной теплоизоляцией, может служить основой для создания несущих конструкций и стеновых панелей.

Таким образом, исследование возможностей использования таких материалов как кукурузные початки и древесные опилки расширяет горизонты для создания инновационных строительных решений. Эти компоненты, можно использовать не только для создания несущих структур, но и для отделки и декорирования, что делает их эстетически привлекательными и функциональными.

Технологические инновации

Интересным этапом в развитии использования сельскохозяйственных отходов в строительстве стало появление 3D-принтера Crane WASP, который был представлен в 2024 году. (рисунок 1).  Этот принтер обладает уникальной конструкцией, позволяющей ему работать на неровной местности, что открывает новые возможности для строительства в труднодоступных регионах. Такой подход может быть особенно целесообразен в районах, где традиционные строительные методы сталкиваются с ограничениями, связанными с логистикой и доступностью ресурсов. Использование сельскохозяйственных отходов в качестве заполнителей позволяет Crane WASP не только сократить затраты на строительство, но и эффективно интегрировать принципы устойчивого развития в процессы возведения зданий. Поэтому интеграция подобных технологий в практику строительства может не только обеспечить новые подходы к утилизации отходов, но и улучшить качество жизни людей, предоставляя доступ к жилью в условиях ограниченных ресурсов.

Рисунок 1. Принтер Crane WASP

Экологические и социальные последствия

строительстве может иметь значительное позитивное воздействие на окружающую среду. [3] Снижение объёма отходов, попадающих на свалки, уменьшение потребности в энергоемких строительных материалах и внедрение устойчивых технологий – всё это способствует созданию более чистого и здорового окружающего мира. Также важно отметить и социальный аспект данного процесса. С внедрением новых технологий и материалов открываются новые рабочие места и возможности для местного населения, что способствует развитию экономической устойчивости в сельских регионах.

Преимущества и недостатки

Преимущества использования сельскохозяйственных отходов в 3D-печати домов:

Экологичность. Переработанные отходы и материалы на биологической основе делают процесс строительства более экологичным. Например, в США на 3D-принтере напечатали дом, состоящий из древесной муки, опилок и отходов от кукурузы. [2]

Возможность сделать производство безотходным. Например, кубанские учёные предлагают использовать отходы рисовой промышленности в качестве одного из основных материалов для бетонной смеси для 3D-принтеров. Это позволит улучшить стойкость материала и сделать его более прочным.

Недостатки:

Необходимость дополнительной обработки отходов. Например, остатки кофе, кожуру цитрусовых, стручки фасоли и арахиса нужно смешать с закрепляющим и связывающим компонентом, чтобы получить эко-материал для печати.

Невозможность утилизировать некоторые отходы. Например, шелуху от риса нельзя сжигать или использовать в качестве удобрения.

Таким образом, перспективы использования сельскохозяйственных отходов в 3D-печати домов зависят от конкретных условий и возможностей переработки таких материалов.

Выводы

Утилизация сельскохозяйственных отходов в строительстве является важным шагом на пути к экологически устойчивому развитию. Во-первых, переработка таких отходов позволяет значительно сократить объемы мусора, которые оказываются на свалках, тем самым уменьшив негативное воздействие на окружающую среду. Путем превращения биомассы в строительные материалы можно минимизировать количество сырья, необходимого для производства традиционных строительных компонентов. Во-вторых, использование отходов сельского хозяйства способствует экономии природных ресурсов. Например, вместо добычи песка, гравия или цемента, можно использовать переработанные материалы, что снижает нагрузку на экосистемы. Это также может привести к уменьшению выбросов углерода, связанных с процессами добычи и переработки традиционных материалов.

Технологические инновации, такие как 3D-печать, открывают новые возможности для применения переработанных материалов. С помощью этой технологии можно создавать сложные и адаптированные конструкции с использованием местных ресурсов, что уменьшает транспортные расходы и сокращает углеродный след. Более того, 3D-печать позволяет экономить материалы, так как процесс осуществляется с высокой точностью, минимизируя отходы.

Таким образом, интеграция сельскохозяйственных отходов в строительный сектор не только решает вопросы экологии и утилизации, но и является движущей силой инноваций и новых подходов в строительстве. Это важный шаг к обеспечению более рационального и ответственного использования ресурсов, который может позитивно повлиять на всю отрасль, способствуя её устойчивому развитию и созданию более комфортной и безопасной городской среды.

Список литературы:

1. Титова Г.А. Материалы для аддитивных технологий в строительстве. журнал Инженерные исследования. 2022. №3 (8) С. 5.
2. Веселовский И. Е.  3D-печать домов. 2023. №21 (468) с.87-88.
3. Маракулина, С. П. Экологические аспекты устойчивого развития сельского жилища с применением технологии "Гитор": специальность 25.00.36 "Геоэкология (по отраслям)": автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Маракулина Светлана Петровна. – Москва, 2004. – 29 с.