L'innovation dans les matériaux avancés offre le potentiel perturbateur de transformer la façon dont nous construisons nos futures villes et de les rendre plus vertes et plus intelligentes.

La construction est associée à ce qu'on appelle les industries de la fondation, qui couvrent le verre de ciment, céramique, métaux, les secteurs du papier et des produits chimiques en vrac, qui produisent au total 28 millions de tonnes de matériaux par an et représentent jusqu'à 10 % du total des émissions de CO du Royaume-Uni 2 émissions.

Si l'on considère la loi sur le changement climatique (2008) et l'appel du gouvernement britannique à réduire les émissions de carbone à 80 % en dessous des niveaux observés en 1990 d'ici 2050, alors ce secteur est clairement un objectif évident pour une nouvelle approche. L'innovation dans de nouveaux matériaux aidera grandement les urbanistes, développeurs et constructeurs pour construire un monde zéro carbone depuis les fondations.

Réduire les émissions de béton

Un candidat évident met du graphène dans le béton. Selon Chatham House, l'institut des affaires internationales, la production mondiale de ciment – ​​la « colle » qui maintient le béton ensemble – représente 8 % du CO2 mondial 2 production.

Des expériences récentes avec du béton amélioré au graphène ont été très prometteuses. Mon collègue Adrian Nixon, le rédacteur en chef du Nixene Journal (publication indépendante dédiée à l'actualité du graphène et de la science des matériaux 2D), a passé en revue les différentes études sur l'ajout de petites quantités de graphène et d'oxyde de graphène au béton. L'examen d'Adrian a révélé que l'ajout de seulement 0,03 % de poudre de graphène augmentait la résistance du béton d'une moyenne prudente de 25 %.

Donc, compte tenu de la part de la production de ciment dans le CO mondial 2 émissions, on pourrait donc affirmer qu'en offrant une efficacité de 25 pour cent pour la production de béton grâce à l'ajout de graphène, nous pourrions à notre tour voir cela traverser la chaîne d'approvisionnement et potentiellement offrir une réduction de 2 % du CO2 dans le monde 2 niveaux. C'est une proposition passionnante et qui pourrait être longuement débattue, mais le point essentiel est le suivant :en ajoutant une quantité modeste de graphène à un matériau de construction tel que le béton, nous pouvons nous attendre à un impact transformationnel sur notre environnement.

Des villes plus intelligentes

L'idée d'améliorer la durabilité des matériaux de construction est clairement celle sur laquelle nous devrions accorder une grande attention, mais un autre domaine très intéressant qui est peut-être négligé est la manière dont nous pouvons utiliser les avantages des matériaux avancés pour soutenir les villes intelligentes du futur.

Les villes intelligentes sont considérées comme un moyen de rendre nos environnements urbains beaucoup plus efficaces et plus verts grâce à l'adoption de technologies numériques qui peuvent, par exemple, mieux intégrer et gérer nos systèmes de services publics et énergétiques.

Cependant, Et si une partie de cette technologie était intégrée directement dans les matériaux qui entrent dans nos bâtiments et nos infrastructures ? La chose passionnante à propos du graphène et de la famille plus large des matériaux 2D - et des combinaisons infinies de ces couches ultra-minces pour développer de tout nouveaux « matériaux de conception » que j'appelle collectivement les « graphènes » - est leur extraordinaire capacité multifonctionnelle. De tels matériaux seraient idéaux pour développer une nouvelle génération d'infrastructures intelligentes.

Réseaux routiers avancés

Par exemple, le Centre d'innovation en ingénierie du graphène, l'accélérateur phare de matériaux avancés basé à l'Université de Manchester, travaille actuellement sur plusieurs projets avec Highways England, la société d'État responsable d'une grande partie du réseau routier du pays, et Arcadis, une société de conception et de conseil mondiale de premier plan pour les actifs naturels et bâtis.

Nous soutenons des partenaires comme Arcadis et Highways England pour relever les défis liés à la construction et au réseau routier. Un exemple pourrait être lorsque des circuits électriques doivent être appliqués au réseau, généralement souterrain et la possibilité de développer une technologie qui pourrait être intégrée dans la structure de la route elle-même et posée en même temps que l'autoroute, par exemple, comme partie intégrante de la structure.

Il s'agit toujours d'un projet de type "make or break" rapide et nécessitera beaucoup de nouvelles réflexions, mais la solution pourrait se trouver dans le bitume ou un marqueur de surface, comme la ligne de route.

La route elle-même pourrait-elle recharger votre voiture ?

Mais que se passerait-il si nous pouvions utiliser cette capacité multifonctionnelle dans toutes les infrastructures et tous les bâtiments qui composent une ville ? Cela transformerait la connectivité et rendrait le tissu même de nos environnements bâtis réactif et intuitif à nos besoins quotidiens.

Donc, nous pouvons commencer à imaginer des points de recharge intégrés à notre réseau routier et chaque fois qu'une voiture électrique s'arrête à un feu rouge ou repose sur une place de parking, elle peut être rechargée sur place. Si les véhicules du futur utilisaient un stockage d'énergie hybride, c'est-à-dire un groupe motopropulseur à batterie avec une unité de supercondensateur, ils pourraient alors être rapidement rechargés pendant que leurs conducteurs se promènent joyeusement en ville. Et ces batteries et supercondensateurs seraient, bien sûr, disposent de nouveaux matériaux qui leur permettent de fonctionner beaucoup plus efficacement par rapport aux dispositifs de stockage d'énergie que nous sommes obligés d'utiliser aujourd'hui.

Des progrès similaires pourraient être réalisés avec la technologie des capteurs, ce qui sera essentiel si les villes doivent atteindre les niveaux de connectivité requis pour devenir plus intelligentes, plus efficace et finalement plus écologique. Le graphène et les capteurs sont une combinaison naturelle car le grand rapport surface/volume du graphène, propriétés optiques uniques, une excellente conductivité électrique et mobilité et une conductivité thermique élevée peuvent toutes améliorer considérablement la fonctionnalité d'une gamme de capteurs.

Le graphène et les matériaux avancés ont potentiellement un rôle énorme à jouer pour rendre nos bâtiments et nos infrastructures non seulement beaucoup plus écologiques, mais manifestement plus intelligents. Alors que nous cherchons à relever le défi du changement climatique et visons à « reconstruire en mieux », Je suis convaincu que nous devons explorer avec plus d'urgence comment les matériaux avancés peuvent fournir les éléments constitutifs d'un nouvel avenir passionnant.