WEEKLY NEWS｜土壤也能成为 3D 打印建筑材料？

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弗吉尼亚大学的研究人员开发了一种新的生物建筑技术，可能会改变未来建筑的发展方向。该文章发表在《增材制造》评审期刊上，其重点是将自然和建筑结合起来，作为实现可持续建筑的重要一步。该团队最终研发出一系列由土壤和种子制成的 3D 打印几何结构。如果大规模生产，这些土壤很可能成为未来住宅的建筑材料。

为了顺利进行这项实验，应用科学学院助理教授 Ji Ma 与环境科学系研究教授 David Carr 以及建筑学院助理教授 Ehsan Baharlou 联手合作，共同推进项目建设。后经科学证明，该技术可以满足全球对经济适用房、绿色建筑实践和循环经济日益增长的需求。

Ehsan Baharlou 解释说：“用当地的土壤和植物与水混合，最大限度节约成本。实验期间不会耗费太多的电力资源，只有在转运材料和操作泵的过程中才会用到电。另外，如果我们不需要印刷品或者印刷品的质量不过关，那么就可以在下一次实验中回收并重新使用这些材料。”

Ji Ma 说：“对土壤混合物进行了几轮测试后，我们发现，只有某些植物可以在这些土壤中种植。3D 打印的土壤水分蒸发的速度非常快，所以我们现在只能种植可以适应干燥气候的植物。出现这种情况的原因是土壤被过度压实了，部分水分会通过气孔挥发到空气中。相对应的，经过挤压仍旧留存在土壤中的，会长时间保留下来为植物供水。“

该实验倡议，利用当地的生物材料来减少建筑物的碳排放。也就是说，未来建筑要远离不可回收、不可重复使用的传统资源。生物建筑为工程领域的低成本、低能源和气候友好型的替代品提供了有益启示。

丹麦品牌 Ganni 在面料创新方面持续发力，联合 Infinited Fiber Company 打造了一件由废旧棉制成的 T 恤。以灰色为主该图案T恤可生物降解，作为 Ganni 2023 春夏系列的一部分将在哥本哈根时装周隆重推出。这件衣服与 Ganni 下一代的材料研发息息相关，实现了其在 2019 年设定的目标，即到 2027 年将碳排放量减少 50% 。

该 T 恤由 Infinited Fiber Company 开发的可回收且不含微塑料的纺织废料织物 Infinna 制成，与棉和粘胶纤维相比，所需染料更少。Ganni 表示将在2023 春夏系列中更多地使用它。此外，该系列中 92% 的成衣将由「负责任的款式」组成——至少有一半的成分为经过有机认证、低影响或可回收的。该公司还计划在未来拥有 100% 的「负责任的风格」衣服。

Ganni 创始人 Nicolaj Reffstrup 说：“你必须让整个供应链的人员参与进来，这样才能让创新变为现实。对于这件 T 恤，我们一直在监控纱线的纺纱和编织方式。在可控的环境下，我们可以通过测试更加了解这些面料。”

Infinna 和 Infinited Fiber Company 致力于使废料织物的回收成为可能。现如今的大多数可回收织物都是由旧纺织品以外的材料制成，例如塑料瓶。很多声称回收旧衣服的公司实际上是在将其降级为低价值产品，如绝缘材料。

虽然与传统替代方案（将衣服送往垃圾填埋场）相比，这些产品所产生的废旧物和碳排量更低，但这远非一个完整的循环系统。因为将旧纺织物回收成新的纺织品还需要新的技术，所以 Infinited Fiber Company 等初创公司正在试图填补这一空白。其他纺织品公司目前已经取得了一些进展，逐渐将替代材料引入主流。Renewcell 的 Circulose 纤维就是一种粘胶替代品，从去年开始在品牌中进行试点售卖。

Infinited Fiber Company 从棉纺织品中提取纤维素，与尿素进行化学反应将其分解成稳定的氨基甲酸纤维素粉末，然后将该粉末溶解成液体，对液体进行湿纺以产生新的纤维。纤维素是所有植物的基本组成成分，这就是为什么 Infinna 可以针对每种原材料类型使用不同的预处理工艺，从而将粘胶、纸板和农业废料转化为新纤维。使用 Infinna 制成的衣服可以使用相同的生产工艺再次回收。

该 T 恤是 Ganni 推出的第四项材料创新。之前的三个合作项目分别是：由皮革替代品 Mylo 制作的限量版钱包；用丹麦初创公司 Stem 零浪费生产工艺打造的夹克、连衣裙和裤子系列；以及由 Circulose（一种由回收衣物制成的纸浆）制成的两条长裤。2021 年 10 月，该品牌发布了葡萄皮替代皮革制成的 Vegea 鞋。

Ganni 将对下一代的可持续面料展开试验。Reffstrup 说：“面料创新需要大量的测试工作。短期内，消费者可能不愿意为此支付溢价，投资可回收衣物也不会立即获得回报。”

然而，Ganni 表示：“未来收益远大于短期投资，特别是丹麦的平价奢侈品牌能够帮助测试和完善新技术。对于 Infinna T 恤，Ganni 必须将 Infinna 纤维与经过认证的有机棉混合使用，以匹配先前的面料。另外，与创新材料供应商合作，也有利于扩大产品规模，从而实现商业可行性。”

墨尔本的波浪能源公司（WSE）开发了一个可以锚定在海底的水泥结构装置——UniWave20。海浪流入该装置后，挤压空气，从而带动机载涡轮机旋转。

200千瓦的波浪能转换器目前部署在塔斯马尼亚州金岛附近的巴斯海峡，于 2021 年 2 月部署完成。该装置于今年 6 月首次为 Hydro Tasmania 电网供电，为金岛的居民带来便利。随后，发电量逐渐扩大，在相对较小的海域内间歇性地输出电力，同时对机载系统进行物理监控。虽然之后的操作必须手动进行，但是在优化了控制系统后，可以远程手动控制。

效率更高，成本更低

UniWave200 设备可以在更广泛的海况下运行，包括极端的天气条件；可以连续、自主地将电力输出到 Hydro Tasmania 电网长达 24 小时。WSE 声称，在理想的条件下，该技术可以为多达 200 个家庭供电。

该项目部署一年多后，UniWave20 技术成为第一个将波浪能成功转换为电能的案例。WSE 首席执行官 Paul Geason 在最近的一次采访中说：“ABC Demonstrators 产生的转化率高于其他可再生能源技术。具体来说，海浪产生约 48% 电能会供给金岛的居民使用。

WSE 将该项目的成功归功于在海浪转换器中加入了一个单向涡轮机。其他国家开发的是双向涡轮机，即波浪从室中流出，随着空气被推入或吸入而旋转。

该公司还声称这一项目的初始成本低于风能和太阳能。由于水下的运动部件较少，波浪的影响也较小，因此系统的效率更高，需要做的维护也更少。在未来，这项技术有可能使波浪能作为一种可再生能源得到普及，类似于风能和太阳能。

适用于其他应用的多功能概念

澳大利亚海洋能源集团的 Stephanie Thornton 说：“我们计划大规模使用这项技术，引入更多的演示设备，包括适合在当地和国际上部署的大型装置。

UniWave200 技术在其他领域也有很好的发展前景，如氢气生产、海洋脱盐和海岸保护。在 2021 年接受采访时， CNET WSE 联合创始人 Tom Denniss 表示：“转换器还可以充当海堤，保护低洼沿海地区免受恶劣天气的威胁。”

2014 年 10 月，非洲突尼斯埃尔马纳尔大学的研究员 Lotfi Rabaoui 和当地渔民在突尼斯加贝斯湾捕获了 24 只外来物种——蓝蟹。不久之后，蓝蟹数量激增。渔民 Hakim Gribaa 说：“螃蟹几乎占捕获量的70%，我不知道该怎么处理它们。”

蓝蟹多产，每年繁殖多达四次，每只雌性产仔 100,000 窝。Gribaa 说：“这种甲壳类动物攻击性很强。它们不仅会破坏渔网，还会咬伤渔民和其他鱼类。”渔业工程师Fethi Naloufi 说：“我们当时毫无头绪，处理兼捕的螃蟹非常费劲。大量的蓝蟹堆积在港口，或者直接被扔回海里。”蓝蟹在很多方面颠覆了突尼斯的渔业。虽然最初对当地的工作生活产生了一些冲击，但是蓝蟹现在已经成为该地区最受欢迎的海产品之一。

蓝蟹起源于印度-太平洋水域，在苏伊士运河开通大约十年后，1898 年迁徙到地中海。从那时起，甲壳类动物在地中海的各个地区都有记录。地中海生物多样性和气候变化研究员 Jamila Ben Souissi 说：“与许多入侵物种一样，气候变化是蓝蟹迁徙的主要原因。而地表水变暖则加剧了蓝蟹的繁殖。”

实际上，蓝蟹不是唯一一个入侵地中海的外来物种。兔鱼入侵后，吞噬了大量植被，使希腊和土耳其的本地植被覆盖率（主要是冠层藻类）减少了65% 之多。

悉尼新南威尔士大学的气候变化生态影响研究员 Adrianna Verges 说：”兔鱼是一种热带物种，一般生活在温暖的水域。我们认为它们的迁徙扩散与海洋变暖有关。经调查发现，大量的兔鱼种群生活在地中海较温暖的东部地区。”

另一个新入侵地中海的物种更令人担忧。狮子鱼是一种极具攻击性的鱼类，具有凶猛的毒刺。集中分布在地中海南部和东部地区。世界其他地区也因为狮子鱼的入侵受到了较大影响。狮子鱼入侵巴哈马的两年内，当地生物种群减少了 65% 。在法属西印度群岛，狮子鱼对当地渔业和旅游业的破坏超过 1000 万欧元。

总体而言，地中海是世界上外来物种入侵最多的地区。世界自然基金会在 2021 年列出了986 种外来物种，其中 10% 的物种破坏了当地的经济平衡，给生态环境带来了毁灭性的打击。

现如今，蓝蟹已经成为突尼斯南部的主要生物。过去四年，在公共补贴的帮助下，当地人已经创造出一个完整的价值链，弄清楚了如何在 30 多家工厂加工和包装螃蟹，并将其推向全球出口。

据 Zarzis 渔业产品集团的数据显示：2021 年，突尼斯蓝蟹的出口量达到 7,600 吨，价值 2,400 万美元。突尼斯蓝蟹的主要市场在亚洲，但蓝蟹在意大利、西班牙、美国和波斯湾国家也受到追捧。

欧盟国家塞浦路斯的当地餐馆开始将狮子鱼纳入其菜单，柔软多彩的鱼鳍也被用于制作珠宝和其他艺术品，为渔民、潜水员、餐馆、珠宝店和当地旅游业提供了可观的收入。与此同时，在地中海部分地区，兔鱼已经成为一种相当重要的商业鱼类。长远来看，入侵物种所产生的新产业是否可以重新平衡生态系统、改善生物多样性还有待观察。

美国婴儿鞋业公司 Woolybubs 制作的一系列婴儿鞋可以在热水中分解，既方便处理，又保护环境。该鞋适用于 0 至 12 个月大的婴儿，在浸入温度为 90 度的水中 40 分钟后，就会溶解成液体。

Woolybubs 的联合创始人 Jesse Milliken 在看到儿童服装产生的大量废旧物之后，萌生出了制作环保鞋子的想法。Milliken 表示：“婴儿和儿童产品行业中浪费现象比较严重，作为父母我们也亲身体验过。我们的目标是制作出对孩子有益的产品，不会给环境带来负担。Newbie 鞋是我们朝着目标迈出的第一步。”

Newbie 鞋由聚乙烯醇 (PVOH) 的水溶性塑料聚合物和着色墨水制成。目前与洗衣粉盒使用的材料相同。Milliken 解释说：“自 20 世纪 50 年代以来，PVOH 已广泛应用于医疗保健、制药、健康美容等领域。我们一般从日本、奥地利和中国等国家采购相关材料。”

将鞋子放入沸水中后，PVOH 会像糖一样在水中溶解，作为液体颗粒保留在水中。根据 Woolybubs 的说法，塑料融化后，它会分解成单个聚合物链而不是微塑料，仍会在塑料废物中留下约 5 毫米的碎片。虽然 PVOH 与许多塑料具有相似的特性，但溶解的聚合物会被水处理设施中的微生物分解，最终这些聚合物会转化为二氧化碳和水。

虽然 Woolybubs 表示鞋子 100% 可堆肥，但是必须在合适的环境和温度下，需要某些细菌才能将其分解。换句话说，用户无法在家中的堆肥箱中处理这种鞋子。相对的，用户可以选择当地的工业堆肥机对鞋子进行堆肥处理，或者将它们送回 Woolybubs 。该公司的合作伙伴 Terracyle 会对鞋子进行捐赠、回收或堆肥。