Τα eco-voxels που αποτελούν έμπνευση του Καθηγητή στη Σχολή Αεροδιαστημικής Μηχανικής Daniel Guggenheim του Georgia Tech στις ΗΠΑ, Χρήστου Αθανασίου, είναι διακριτά δομικά στοιχεία που υπόσχονται να μετασχηματίσουν τον κατασκευαστικό κλάδο, αντιμετωπίζοντας τόσο τη στεγαστική κρίση, όσο και την κλιματική έκτακτη ανάγκη.
Τα οικολογικά voxels, που μπορούν να θεωρηθούν ως το τρισδιάστατο ισοδύναμο των pixels, είναι αρθρωτά μπλοκ κατασκευασμένα από τερεφθαλικό πολυτριμεθυλένιο (PTT), ένα μερικώς βιολογικό πολυμερές που προέρχεται από σάκχαρο καλαμποκιού, ενισχυμένο με ανακυκλωμένες ίνες άνθρακα προερχόμενες από απόβλητα της αεροδιαστημικής βιομηχανίας.
Το σημαντικό εδώ είναι ότι τα voxels μπορούν να εφαρμοστούν τόσο σε τοίχους, όσο και σε φτερά αεροσκαφών, διατηρώντας την απόδοσή τους.
H μελέτη από το Georgia Tech College of Engineering που εισήγαγε αυτό το αρθρωτό μοντέλο κατασκευής σχεδιασμένο τόσο για γήινα, όσο και για εξωγήινα περιβάλλοντα, δημοσιεύτηκε πριν λίγους μήνες στο επιστημονικό περιοδικό Matter.
Για χρόνια, οι καινοτομίες στα δομικά υλικά δίνουν προτεραιότητα στην αντοχή και στην ανθεκτικότητα, συχνά με υψηλό περιβαλλοντικό κόστος. Σήμερα, ο κατασκευαστικός κλάδος ευθύνεται για το 6% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας και για το 10% των παγκόσμιων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, με το τσιμέντο, τον χάλυβα και το σκυρόδεμα να παράγουν περισσότερα από τα 2/3 αυτού του συνόλου.
Επιπλέον, σημαντική ποσότητα αποβλήτων παράγεται από την κατασκευή και από την κατεδάφιση κτιρίων, με 600 εκατομμύρια τόνους τέτοιων υπολειμμάτων να εμφανίζονται μόνο στις ΗΠΑ ετησίως, περισσότερα από το διπλάσιο της ποσότητας των αστικών στερεών αποβλήτων.
Καθώς ο κόσμος πιέζει για ένα βιώσιμο μέλλον, οι επιστήμονες αγωνίζονται να επαναπροσδιορίσουν τα θεμέλια του δομημένου περιβάλλοντός μας.
«Δημιουργήσαμε βιώσιμες κατασκευές χρησιμοποιώντας αυτά τα οικολογικά δομικά στοιχεία, συνδυάζοντας τις γνώσεις μας στη δομική μηχανική και στον μηχανολογικό σχεδιασμό, με πρακτικές βιομηχανικής κατασκευής και με περιβαλλοντικές αξιολογήσεις», σχολιάζει ο Χρήστος Αθανασίου.
Σύμφωνα με τον ίδιο, τα οικολογικά voxels, εξαιτίας της δομής τους, μπορούν εύκολα να συναρμολογηθούν σε μεγάλες κατασκευές και αργότερα να αναδιαμορφωθούν χωρίς να παράγουν απόβλητα. Προσφέρουν επίσης αντοχή συγκρίσιμη με τα παραδοσιακά υλικά, παρέχοντας μια εφικτή εναλλακτική λύση για διάφορες κατασκευαστικές ανάγκες.
{https://www.youtube.com/watch?v=E-QaIMFTLvc}
Σχεδόν το 30% του παγκόσμιου αστικού πληθυσμού ζει σε παραγκουπόλεις, ενώ έως το 2025, περίπου 440 εκατομμύρια αστικά νοικοκυριά παγκοσμίως αναμένεται να ζήσουν σε ανεπαρκείς και μη ασφαλείς κατοικίες με συνωστισμό ή να επιβαρυνθούν περαιτέρω από το κόστος στέγασης. Την ίδια ώρα, καθώς οι καταστροφές που οφείλονται στην κλιματική κρίση, όπως οι τυφώνες, οι πυρκαγιές και οι πλημμύρες αυξάνονται, τα σπίτια υφίστανται ζημιές με υψηλότερους ρυθμούς και το κόστος ασφάλισής τους εκτοξεύεται στα ύψη. Αυτή η κρίση τροφοδοτείται από την αύξηση των τιμών της γης και από τους περιοριστικούς κανονισμούς ανάπτυξης. Εν τω μεταξύ, η αυξανόμενη ζήτηση για στέγαση ασκεί μεγάλη πίεση στους παγκόσμιους πόρους και στο περιβάλλον.
Σε αυτό το πολύπλοκο σενάριο, η αρθρωτή, αναδιαμορφώσιμη και κυκλικά βιώσιμη κατασκευή του εργαστηρίου του Δρα Αθανασίου προσφέρει έναν στρατηγικό μοχλό για τον έλεγχο του κόστους, τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων και την ευέλικτη ανταπόκριση στην αυξανόμενη ζήτηση για στέγαση. Αυτή η λύση όχι μόνο εξασφαλίζει υψηλή δομική απόδοση, αλλά ανοίγει επίσης νέες ευκαιρίες για πιο ανθεκτικό και πιο προσβάσιμο αστικό σχεδιασμό.
Η ομάδα δοκίμασε τα eco-voxels και διαπίστωσε ότι μπορούν να αντέξουν την πίεση που συνήθως αντιμετωπίζουν τα κτίρια. Χρησιμοποίησαν επίσης προσομοιώσεις σε υπολογιστή για να δείξουν ότι η ευελιξία των eco-voxels να αλλάζουν μορφή, τα καθιστά κατάλληλα για πολλές διαφορετικές ανάγκες των κτιρίων.
Σε σύγκριση με άλλα αναδυόμενα οικολογικά δομικά υλικά, όπως το τρισδιάστατα εκτυπωμένο σκυρόδεμα ή η διασταυρούμενη ξυλεία (CLT), τα οικολογικά voxels εμφανίζουν μεγαλύτερα περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα. Ενώ τα συμβατικά και εναλλακτικά δομικά υλικά είναι συχνά βαριά και έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, τα τοιχώματα με eco-voxel μειώνουν το αποτύπωμα άνθρακα κατά 30% σε σύγκριση με το σκυρόδεμα και κατά 20% σε σύγκριση με το CLT.
Εκτός από τις οικιακές χρήσεις, τα eco-voxels θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για το στήσιμο καταφυγίων έκτακτης ανάγκης σε σενάρια αντιμετώπισης φυσικών καταστροφών, όπου η γρήγορη συναρμολόγηση, η αρθρωτή κατασκευή και οι ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι ζωτικής σημασίας.
Πέρα από την αντιμετώπιση των προκλήσεων στη Γη, τα eco-voxel προσφέρουν επίσης μια πρωτοποριακή λύση για κατασκευές και σε εξωγήινα περιβάλλοντα όπου οι παραδοσιακές τεχνολογίες υπολείπονται. Το μικρό τους βάρος, ο γρήγορος χρόνος συναρμολόγησης (λιγότερο από μία ώρα) και η χρήση βιώσιμων, τοπικά προερχόμενων υλικών, τα καθιστούν ιδανικά για μακροπρόθεσμες διαστημικές αποστολές, όπως είναι πιθανοί μελλοντικοί ανθρώπινοι εποικισμοί στον Άρη ή στη Σελήνη.
«Η δυνατότητα γρήγορης ανέγερσης κατασκευών αποτελεί στρατηγικό πλεονέκτημα στο Διάστημα», προσθέτει ο καθηγητής Αθανασίου. «Σε τέτοια ‘εχθρικά’ περιβάλλοντα, είναι ζωτικής σημασίας να χρησιμοποιούνται ελαφριά υλικά που μπορούν να βρεθούν επί τόπου», προσθέτει ο καθηγητής.
Σύμφωνα με τον ίδιο, το όραμα που καθοδηγεί αυτή την έρευνα είναι η σύσταση ενός δομημένου περιβάλλοντος που όχι μόνο μειώνει τις οικολογικές επιπτώσεις, αλλά συμβάλλει ενεργά και στην πλανητική αναγέννηση. Είναι μια φιλόδοξη προοπτική που σηματοδοτεί μια παραδειγματική στροφή προς πραγματικά φιλικά προς το περιβάλλον δομικά υλικά.
Αξίζει να αναφερθεί πως ο Χρήστος Ε. Αθανασίου τιμήθηκε πρόσφατα με το βραβείο Orr Early Career Award 2025 από την Αμερικανική Εταιρεία Μηχανολόγων Μηχανικών (ASME), ως αναγνώριση της εξαιρετικής συνεισφοράς του, στην αρχή της σταδιοδρομίας του, στους τομείς της πειραματικής, υπολογιστικής ή θεωρητικής έρευνας στην κόπωση, τη θραύση και τον ερπυσμό υλικών.
{https://www.youtube.com/watch?v=Ds6hQXVpUCs&t=1s}
