Архитектура

Надміцний світ: Як графен змінить архітектуру і наше життя

Суперміцний і тонкий графен здається фантастичним матеріалом майбутнього, але він змінює наше життя вже зараз. Графен додають до бетону, фарби, текстилю, а планують — навіть до презервативів. З його допомогою охолоджують процесори у смартфонах, також нещодавно розроблені графенові сенсори попереджають про зіпсовані продукти в холодильнику. Bird in Flight розповідає, як і навіщо вчені й архітектори використовують диво-властивості цього матеріалу.

Що таке графен

Історія графену почалася зі звичайного скотча. Банальну клейку стрічку фізики Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов використовували у 2004 році, щоб відокремити від шматка графіту найтонші — завтовшки з атом — шари нового матеріалу. Нічого подібного вчені раніше не бачили: графен виявився гнучким, прозорим, дивовижно міцним і, ніби всього цього було замало, ще й виключно хорошим провідником електрики і тепла.

Графен виявився гнучким, прозорим, дивовижно міцним і добре проводив електрику і тепло.

Шість років по тому Гейм і Новосьолов отримали Нобелівську премію за відкриття дивовижних властивостей графену, після чого весь світ буквально закохався в новий матеріал. Один за одним почали з’являтися проєкти, які обіцяли зробити за допомогою графену революцію у найрізноманітніших галузях. Наприклад, уже можна купити смартфони, що працюють на процесорах, які охолоджуються графеном. На підході паливні елементи з графену — вони будуть виробляти водень для зеленого транспорту.

Додавання нового матеріалу до текстилю дозволить створювати розумний одяг, який адаптується до зміни температури. Набридли зіпсовані продукти в холодильнику? Графенові сенсори попередять про те, що спливає термін зберігання м’яса і риби. Графен поліпшить навіть секс: завдяки додаванню його до латексу презервативи стануть міцнішими і тоншими.

Графен у текстилі дозволить створювати розумний одяг, а завдяки додаванню його до латексу презервативи стануть міцнішими і тоншими.

Перспективний матеріал

Графен у двісті разів міцніший за сталь, тому йому знаходять застосування і в будівництві. Так, якщо включити графен до складу сталевих конструкцій, вони стануть не тільки міцніші, але й легші. А додавання графену до бетону робить отриманий композитний матеріал удвічі міцнішим і в чотири рази підвищує його водостійкість. За оцінкою вчених, розробка дозволить скоротити обсяг необхідних для виробництва бетону матеріалів майже на 50%, що призведе до економії та зниження викидів парникових газів.

При цьому бетон з графеном — уже не лабораторні експерименти, його можна зустріти в реальному світі. Компанія Graphenano Smart Materials виробила графенові панелі для обшивки будинку в Дубаї — вони відводять тепло краще за традиційні матеріали. Крім того, у нового матеріалу підвищується міцність: виробник запевняє, що термін служби будинків із «графенобетону» вище на 50%.

Компанія GrapheneCA розробила свою версію графенової добавки до бетону, яку використовували при будівництві експоцентру в Мексиці. Завдяки підвищеним антикорозійним властивостям матеріал буде особливо затребуваний у регіонах з вологим кліматом.

Головна перешкода на шляху поширення графену — складність його виробництва. Вчені постійно придумують нові способи здешевити і спростити вироблення матеріалу, тому поява графенових будівель не за горами. Але поки цього не сталося, основне завдання графену у будівництві — захищати різні конструкції від води, хімікатів і агресивного навколишнього середовища.

Головна перешкода на шляху поширення графену — складність його виробництва.

graphene4
Процес виробництва матеріалів з графеном. Фото: Alexandr Kryazhev / Sputnik / Sputnik via AFP
graphene-5
Процес виробництва матеріалів з графеном. Фото: Alexandr Kryazhev / Sputnik / Sputnik via AFP

Наприклад, коли керамічне покриття будівлі оперного театру у Валенсії почало руйнуватися через кілька років після відкриття, іспанська компанія Graphenano запропонувала використовувати фарбу з додаванням графену, яка повинна була зміцнити фасад «на молекулярному рівні». Хоча тоді план не підтримали, ідея використовувати графен для поліпшення властивостей фарб не вмерла. Незабаром британська компанія Graphenstone випустила фарбу на основі вапна з додаванням графену — завдяки його високій теплопровідності власники приміщень зможуть економити на опаленні та кондиціонуванні.

Графенова революція в архітектурі

Графен в архітектурі майбутнього може стати набагато більше ніж просто будівельним матеріалом. У перспективі він перетворить кожну будівлю на невелику електростанцію, яка буде виробляти електрику і ділитися нею з сусідами.

Проєкт Hyrdra Skyscraper брав участь у конкурсі eVolo Skyscraper Competition ще 2011 року — незабаром після того, як Гейм і Новосьолов отримали за графен свою Нобелівську премію. Сербські архітектори вирішили використовувати надпровідну здатність нового матеріалу максимально: згідно з їхнім задумом, графенова оболонка шпиля має збирати електричні розряди при ударах блискавки, направляючи їх в акумулятори в основі вежі. До речі, завдяки графену електропроводку і навіть інформаційні екрани можна буде наносити прямо на поверхню будівель, що радикально змінить вигляд міст.

міжнародний конкурс на найкращий проєкт у галузі висотної архітектури

graphen3
graphen4
Проєкт Hyrdra Skyscraper. За задумом архітекторів (Milos Vlastic, Vuk Djordjevic, Ana Lazovic, Milica Stankovic), графенова оболонка шпиля має збирати електричні розряди при ударах блискавки, направляючи їх в акумулятори в основі вежі. Фото: eVolo

Ще один конкурсний проєкт — плавучий Graphene Skyscraper. Його автор пропонує використовувати в якості будівельного матеріалу морську воду, закачуючи її в графенові мембрани.

Графен навіть здатний поліпшити екологію. Вчені розробили графеновий розчин, який поглинає оксид азоту з повітря, причому робить це на 70% ефективніше за існуючі методи. Оброблені таким складом будівлі допоможуть якщо не позбавити міста шкідливих викидів, то принаймні зробити повітря чистішим.

Графен навіть здатний поліпшити екологію. Оброблені графеновим розчином будівлі роблять повітря чистішим.

Творці проєкту Heal-Berg пішли ще далі: вони хочуть побудувати хмарочос повністю з тривимірного графену, отриманого шляхом виділення вуглецю з вуглекислого газу. Сама будівля теж буде переробляти вуглекислоту, борючись таким чином зі зміною клімату. Для охолодження хмарочоса будуть використовувати морську воду, а енергію автори пропонують отримувати двома способами — за допомогою вітряних турбін і за рахунок різниці в солоності води.

grapnene-ukr

Мабуть, найбільш футуристичний проєкт передбачає використання графену для створення космічного ліфта. Ідея в тому, щоб з’єднати поверхню Землі з орбітальною станцією міцним тросом, за яким можна буде доставляти людей і вантажі. Теоретично тільки графен володіє необхідними властивостями, які дозволять реалізувати сміливий задум. Так матеріал, який почався зі шматка графіту і скотча, одного разу зробить космічні подорожі доступними для всіх.

174

27

105
151

Більше матеріалів