- Nanoselülozun bir hidrojel olarak biyouyumluluğu ve ıslaklığı nedeniyle doku ve hücre büyümesi için iskelelere 3D olarak basılabildiği biyotıp alanında biliniyordu. Ancak nanoselüloz, daha önce hiç kurutulmamış ve mimari bir malzeme olarak kullanılmamıştı.
- Yapılan son çalışmada nanoselüloz ve alglerden yapılan hidrojel bir malzeme ilk kez daha çevreci alternatif bir mimari malzeme olarak test edildi.
- Bu çalışma, ortamda kurutulmuş, 3D baskılı nanoselüloz membran yapıların ölçek büyütme potansiyellerini göstermenin yanı sıra malzemeyi 3D baskı yoluyla biriktirme yollarını ve nihai yapılardaki boyutsal, dokusal ve geometrik etkiler arasındaki ilişkinin yeni bir anlayışını ortaya koyan ilk adımları sağlıyor.
Nanoselüloz ve alglerden yapılan hidrojel bir malzeme ilk kez daha çevreci alternatif bir mimari malzeme olarak test edildi. İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi ve Wallenberg Ahşap Bilim Merkezi tarafından yürütülen bir çalışma, bol miktarda bulunan sürdürülebilir malzemenin, geleneksel inşaat yöntemlerine göre çok daha az enerji kullanılarak çeşitli mimari bileşenlerin nasıl 3D basılabileceğini gösterdi.
İnşaat sektörü günümüzde, dünyadaki fosil kaynakların %50’sini tüketiyor, küresel atıkların %40’ını üretiyor ve küresel karbondioksit emisyonlarının %39’una neden oluyor. İnşaat alanında Avrupa Yeşil Anlaşması doğrultusunda daha yeşil bir geleceğe geçiş için biyomalzemeler ve bunların uygulamalarına yönelik araştırmalar giderek artıyor. Nanoselüloz yeni bir biyomateryal değil. Nanoselülozun bir hidrojel olarak biyouyumluluğu ve ıslaklığı nedeniyle doku ve hücre büyümesi için iskelelere 3D olarak basılabildiği biyotıp alanında biliniyordu. Ancak nanoselüloz, daha önce hiç kurutulmamış ve mimari bir malzeme olarak kullanılmamıştı.
Chalmers Teknoloji Üniversitesinden çalışmanın Başyazarı Malgorzata Zboinska, “İlk kez nanoselüloz hidrojelin mimari bir uygulamasını araştırdık. Özellikle, tasarımla ilgili özellikleri hakkında şimdiye kadar eksik olan bilgileri sağladık. Örneklerimizin ve prototiplerimizin yardımıyla, özel dijital tasarım ve robotik 3D baskı yoluyla bu özelliklerin ayarlanabilirliğini gösterdik.” diyor. Ekip yaptıkları çalışmada, nanoselüloz lifleri ve su kullandı ve içine aljinat adı verilen yosun bazlı bir malzeme ekledi. Aljinat, araştırmacıların 3D yazdırılabilir bir malzeme üretmelerini sağladı çünkü aljinat kuruduğunda malzemeye ekstra bir esneklik kattı.
Selüloz, dünyanın en büyük endüstrilerinin yan ürünlerinden biri olduğu için plastiğe en bol bulunan çevre dostu alternatif olarak adlandırılıyor. Zboinska, “Bu çalışmada kullanılan nanoselüloz ormancılıktan, tarımdan ve kağıt fabrikalarından elde edilen saman kalıntılarından elde edilebilir. Bu anlamda çok bol bulunan bir malzeme” diyor.
Günümüzde mimarlık endüstrisi, daha geniş bir yelpazede yeni tekniklerin kullanılmasına olanak tanıyan dijital teknolojilere erişimle çevrili ancak bu tekniklerin nasıl uygulanabileceği konusunda bilgi boşluğu var. Avrupa Yeşil Anlaşması’na göre 2030’dan itibaren Avrupa’daki binaların kaynak açısından daha verimli olması gerekiyor ve bu, sanayiden elde edilen bir yan ürün olan nanoselüloz gibi malzemelerin yeniden kullanımı ve geri dönüşümünün artırılmasıyla sağlanabilir. Binaların daha döngüsel hale gelmesiyle eş zamanlı olarak en son dijital teknikler bu hedeflere ulaşmada önemli kaldıraçlar olarak vurgulanıyor.
Zboinska, “3D baskı, kaynakları çok verimli kullanan bir teknik. 3D baskı, kalıplar ve döküm formları gibi başka şeyler olmadan ürün yapmamızı sağlıyor ve böylece daha az atık malzeme ortaya çıkıyor. 3D baskı, ayrıca enerji açısından da çok verimli. Kullandığımız robotik 3D baskı sistemi ısı kullanmıyor, sadece hava basıncı kullanıyor. Sadece oda sıcaklığında çalıştığımız için bu çok fazla enerji tasarrufu sağlıyor.” diyor.
Enerji verimliliği sağlayan süreç, nanoselüloz hidrojelin kesme inceltme özelliklerine dayanıyor. Nanoselüloz basınç uygulandığında sıvılaşarak 3D baskı yapılmasına olanak tanıyor ancak basıncı kaldırdığınızda şeklini koruyor. Bu, araştırmacıların inşaat sektöründe yaygın olan enerji yoğun süreçler olmadan çalışmasına olanak tanıyor. Zboinska ve ekibi, nanoselüloz hidrojelin farklı şekil ve desenlerde kuruduğunda nasıl davranacağını görmek için robotik 3D baskı sürecinde kullanılacak birçok farklı takım yolu tasarladı. Bu kurutulmuş şekiller daha sonra hafif oda bölücüler, panjurlar ve duvar paneli sistemleri gibi çok çeşitli mimari bağımsız bileşenler tasarlamak için bir temel olarak uygulanabilir. Ayrıca duvarları kaplamak için fayanslar, sesi sönümlemek için akustik elemanlar gibi mevcut bina bileşenlerinin kaplamaları için temel oluşturabilir ve iskelet duvarları kaplamak için diğer malzemelerle birleştirilebilir.
Zboinska, “Geleneksel yapı malzemeleri yüzlerce yıl dayanacak şekilde tasarlanıyor ve genellikle öngörülebilir davranışlara ve homojen özelliklere sahip oluyorlar. Beton, cam ve her türlü sert malzemeye sahibiz ve zaman içinde nasıl yaşlanacaklarını biliyoruz. Bunun aksine, biyo-bazlı malzemeler organik madde içeriyor ve en başından itibaren biyolojik olarak bozulmak ve doğaya geri dönmek üzere tasarlanıyor. Bu nedenle, bunları mimaride nasıl uygulayabileceğimiz, yapay ve tamamen kontrollü bir ortamdan ziyade doğada bulunanlara benzeyen daha kısa yaşam döngüsü döngülerini ve heterojen davranış modellerini nasıl benimseyebileceğimiz konusunda tamamen yeni bilgiler edinmemiz gerekiyor. Tasarım araştırmacıları ve mimarlar şu anda yoğun bir şekilde, hem işlev hem de estetik açısından bu malzemelerden yapılmış ürünler tasarlamanın yollarını arıyor.” diyor.
Bu çalışma, ortamda kurutulmuş, 3D baskılı nanoselüloz membran yapıların ölçek büyütme potansiyellerini göstermenin yanı sıra malzemeyi 3D baskı yoluyla biriktirme yollarını ve nihai yapılardaki boyutsal, dokusal ve geometrik etkiler arasındaki ilişkinin yeni bir anlayışını ortaya koyan ilk adımları sağlıyor. Bu bilgi, Zboinska ve ekibinin daha ileri araştırmalarla, belirli işlevsel ve estetik kullanıcı gereksinimlerini karşılaması gereken mimari ürünlerde nanoselüloz uygulamaları geliştirmesine olanak tanıyacak gerekli bir basamak.
Zboinska, “Eğer bu biyobazlı malzemeleri topluma ve insanlara sunacaksak tasarım üzerinde de çalışmamız gerekiyor. Bu, bu malzemelerin kabulü için çok güçlü bir unsur haline geliyor. İnsanlar bunları kabul etmezse, döngüsel ekonomi ve sürdürülebilir yapılı çevre hedeflerine ulaşamayız.” diyor.
Derleyen: Fatma Ebrar Tuncel
