ABD'de beton kullanımını azaltacak 3D ile konut inşa etmenin yeni yolu

Erbil (Rûdaw) – Amerikan Maine Üniversitesi’nin Araştırma Laboratuvarı Şefi Lübnan asıllı profesör Dr. Habib Dagher ve ekibi 3 boyutlu ev inşaatına öncülük ediyor. Beton kullanmanın önüne geçmeyi hedefleyen proje çevreci olduğu kadar konut inşaatında daha az işgücü ve maliyete ihtiyaç duyuyor.

Rûdew Tv’de yayınlanan ve Namo Abdulla’nın hazırlayıp sunduğu NEXT programına konuk olan Maine Üniversitesi İnşaat Mühendisi Prof. Dr. Habib Dagher, yaşadığı eyalette yaşanan konut krizine bir çözüm bulmak için girdikleri yolda inşaat alanında yeni bir yönetem keşfettiklerini söyledi.

Habib Dagher, ABD’ye 17 yaşındayken gelidğini ve burada eğitime devam ettiğini belirterek, “Üniversite için bir dönem burada olacağımı sanıyordum. Bildiğiniz üzere şu anda buradayım. Birkaç yıl sonra 45 yılımı devireceğim. Hâlâ Amerika Birleşik Devletleri'ndeyim. İki yüksek lisans ve bir doktora derecem var. Mekanik mühendislik ve inşaat mühendisliği alanında yüksek lisans ve doktoram var. Maine'e geldik ve buradaki araştırma merkezini kurduk: Gelişmiş Yapılar ve Kompozitler Merkezini kurduk. 27 yıl önce 5 kişi olarak başladığımız işte şu anda 411 kişiyle yolumuza devam ediyoruz” dedi.

ABD'de 8 milyondan fazla konuta ihtiyacı olduğunu anımsatan Habib Dagher, “Maine eyaletinde konut ihtiyacı oldukça fazla. 2030’a kadar 70 bine yakın konut inşa etmemiz gerekiyor bunun için de işgücü krizi var. Ev inşa edecek kadar insan gücü yok” diye konuştu.

3 boyutlu baskı metodu ile konut inşa etmek sıradan inşaat metodalarından farklı olarak daha az maliyet gerektiriyor aynı zamanda beton kullanımının önüne de geçilmeye çalışılıyor. Böylece iklim değişikliği ve çevre konusunda da önemli bir gelişme olarak bakılıyor.

Rûdaw’a konuşan Andrew McCoy Virginia Konut Araştırma Merkezi Direktörü, “Konut maliyetini düşürmek için teknolojiyi nasıl kullanabiliriz? Ve özellikle inşaat maliyetlerinin yalnızca Amerika Birleşik Devletleri'nde değil, küresel olarak artmaya devam ettiği şu dönemde, Konut maliyetini düşürmenin bir yolu olarak teknolojiye duyulan ihtiyacı görüyoruz” ifadelerini kullandı.

Proje her ne kadar maliyeti düşürmeyi hedefleyen bir girişim olarak görülse de çevreci olması da insanları cezbediyor.

Andrew McCoy, bu konuda şunları söyledi:

“Çevreyle ilgili zorluklar var, değil mi? Hava sıcaksa, rüzgârlıysa veya nemliyse bunların hepsi süreci etkiler. Bütün bunları önceden düşünemezsiniz oraya gidip önceden bunları hesaplamalısınız. Daha sonra en uygun olanı neyse onu ayarlamalısınız.

Düşük nem oranı yani 50 derece civarı. Beton için de ideal olan yaklaşık 60 derecedir. Yani rüzgarın fazla esmediğini düşünün, betonun sertleşmesini zamana bırakıyorsunuz. Kürleşme oranını etkileyen tüm bu çevresel faktörlere sahip değil.

3 boyutlu baskı sadece küçük evler için değil, büyük projelerde de oldukça ses getiriyor. Örneğin Çin'deki bu villayı ele alalım. 3D baskıyla üretildi. Teksas'ta El Cosmico adında 21 dönümlük bir otelin 3D baskıyla inşa edilmesi için bir plan var. Tayland'daki bu son teknoloji tıp merkezi de 3D baskıyla yapıldı. Suudi Arabistan'da dünyanın 3D baskılı en yüksek evlerinden biri Şems Al Riyad'da bulunuyor. 345 metrekarelik yapının yüksekliği yaklaşık 10 metre.”

Betona alternatif bir inşaat malzemesi bulmak için aylarca ekibi ile çalıştıklarını anlatan Habib Dagher,  şunları söyledi

“Bu işi yapabilecek kadar dayanıklı, güçlü malzemelerimiz var mı? Yangın ve toksik gerekliliklerini karşılayan malzemelerimiz var mı? Konut krizine bir çözüm bulmamızı sağlayacak devasa ölçekte üretebileceğimiz malzemelerimiz var mı?

Yani çok çeşitli, zorlu problemler var. Ancak bu malzemelerin nasıl üretileceği ve bunlarla nasıl üretim yapılacağı konusundaki teknik sorun çok ama çok zorlu bir projeydi. Birçok farklı malzeme formülasyonu denedik.

Gücüne baktık. Dayanıklılığa baktık. Termal genleşme ve büzülmeye baktık ve bu mevcut malzeme sistemleriyle ne kadar uyumlu? Bu, gerçekten işe yarayan ve işi yapan malzemenin formülünü bulmak için birkaç yıl süren büyük bir araştırma çabasıydı.

Maine eyaleti, Amerika Birleşik Devletleri'nde en yoğun ormanlık alana sahip olan eyalettir. Maine eyaletinin yaklaşık yüzde 90'ı ormanlarla kaplı olduğundan orman ürünleri endüstrisi ekonomimizin büyük bir bölümünü oluşturuyor.

Birkaç yıl içinde Maine'de yedi kağıt hamuru ve kağıt fabrikası kapandı. Bu da, şu anda gidecek yeri (kullanılmayan) olmayan kağıt hamuru ve kağıt fabrikalarına giden bir biyomateryal ve biyokütle bolluğu yarattı. Bunun ne kadar büyük olduğuna dair bir fikir vermek gerekirse, yılda yaklaşık bir milyon ton malzeme olduğunu düşünün. Bu ürünler her hangi bir yerde kullanılmıyor”

Dr. Dagher'in laboratuvarında, 3D yazıcının ev inşa etmesine yönelik macunun yapımında kullanılacak iki umut verici malzeme kullanıldı: biyo-reçine ve ahşap lifi. Biyo-reçine mısırdan elde edilen yapışkan bir maddedir, ağaç lifi ise ağaçlardan elde edilen ince talaştır. Dr. Dagher'in ekibi, artık kullanılmayan kağıt hamuru ve kağıt fabrikalarından elde edilen atık odunları bu amaçla kullanmaya başladı.

Bu alanda spesifik olarak seçilem malzemelerin üç ana nedeni var, yenilenebilir ve geri dönüştürülebilir olmaları inşaatın çevresel etkisini azaltması, yüksek düzeyde yalıtımlıdır ve özelleştirilebilir olması, betondan farklı olarak bu malzemeler, 3D yazıcının sahada bulunması gerekmediği için evin parçalarının farklı hava koşullarında basılmasına olanak tanıması.

Betona alternatif olarak kullanılması öngörülen malzeme hakkında da konuşan Dr. Habib Dagher, “Küresel topaklar var. Ve bu peletlerin içinde iki bileşen var. Öğütülmüş odun lifi olan, una benzeyen bir odun lifi. Bir biyopolimer ile birleştirilmiştir. Biyopolimer ahşap liflerini birbirine yapıştırır ve ahşabın yapısına da nüfuz ederek onu nemden, termit saldırılarından ve biyolojik bozumalarda korur. Yazıcı bu topakları alır ve temelde onları ısıtır, eritir ve bir nozülde sıkar. Bu katmanları tek tek yerleştiriyoruz” dedi.

Dr. Habib Dagher şöyle devam etti:

“Burada farklı olan şu ki, betonda sertleşen bir beton formülasyonu geliştirmeniz gerekiyor ama yatay bir yüzey basamıyorsunuz. Bizim durumumuzda malzemelerimizle yatay yüzeylere baskı yapabiliyoruz çünkü çok daha hızlı sertleşiyor ve 45 derecelik açıyla baskı yapabiliyoruz ve bu da üç boyutlu yapıları basmamızı sağlıyor.

Katman süresine bağlı olarak bir ile beş dakika arasında sertleşecek şekilde tasarladık. Böylece yerleştirdiğimiz her katmanı, geri döndüğümüzde yeterince sertleşecek ama yine de yeterince sıcak olacak ve böylece katmanlar arasında iyi bir yapışma sağlayabilecek şekilde tasarlıyoruz.

Bunu daha önce hiç kimse yapmadığı için neyle karşı karşıya olduğunuzu gerçekten bilmiyorsunuz. Çok fazla zorlukla karşılaştık. Bu gül döşeli, gül çiçekli bir yol değildi. Çok zor bir yoldu ama artık bunda çok daha iyiyiz.

Elbette her şeyin işe yarayacağından asla emin olamazsınız, ancak ekibimizin ilerlememiz gereken zorlukların üstesinden gelebilecek yeterli deneyime sahip olduğuna güveniyorduk.

Bir anda makine kapandı. Her şey kapandı. Ekipman tedarikçilerimize geri döndük ve onlarla çalıştık ama kimse ne olduğunu anlayamadı.”

Proje hakkında konuşan Maine Üniversitesi İletişim Müdürü Taylor Ward, “Dr. Dagher ile çalışmak şimdiye kadar yaşadığım hiçbir şeye benzemiyor çünkü o, insanların farkında olmadıkları yönlerini görüyor bu ve neler yapabileceklerini görüyor. Bu yüzden bugün bu röportajı biyo-tabanlı malzemelerden yapılmış 3D baskılı bir evin içinden yapıyoruz çünkü o bunları yapabileceğimizi önceden görmüştü. Bu daha önce yapılmamış demek her zaman çok kolay, ancak Dr. Dagher'in yönetimi altında, Maine Üniversitesi'nde ve böyle bir ortamda çalışmak, bize akıl birliği yaparsak bunları yapabiliriz hissini ve güvenini verdi. Hepimiz birlikte çalışırsak ve yapacaklarımızı aklımıza koyarsak bunu başarabiliriz” diye konuştu.

ABD'nin Maine Eyaleti Valisi Janet Mills de çalışmalarından dolayı Lübnanlı bilim insanına teşekkür ederek, şunları söyledi:

“Bugün tamamen biyo tabanlı malzemelerden ilk kez yapılan 3D baskılı bir evin inşa edilişini kutluyoruz. Bu evin ağaç unuyla yapıldığını düşünün. Şimdi burada oturup hindi gününün yaklaştığını ve sos yapmayı düşünüyorum da aklıma Rue sosu geliyor ama insanın aklına odun unu nasıl gelebilir ki? Bu tarz evlerin Maine'deki yeni konut talebini karşılamaya yardımcı olabileceğini düşünüyorum.

İnsanları koruyarak konut ihtiyacını sağlarken aynı zamanda inşaat sürecinde karbon emisyonlarını azaltacak geleneksel orman ürünleri endüstrimizi destekler. Habib Daggar ve ekibi için bu gerçek bir hat-trick. Ana işlerimin ve kurtarma planımın bu projeyi 15 milyon dolar ile desteklemesinden dolayı gurur duyuyorum. Senatör Collins bu vesileyle bir kez daha teşekkür ediyorum.”

Ağaç lifi ve mısır reçinesinden yapılmış küçük, büyüleyici bir ev hakkında önemli bir soruyu akıllara getiriyor. Söz konusu malzeme Maine'in yoğun kar yağışı ve sert kışına dayanabilecek? Bu soruya Dr. Habib Dagher şöyle yanıt verdi:

“Bu tarz bir evi çok zorlu bir ortamda esasen iyi performans gösterip göstermediğini öğrenmek için yaptık. Örneğin, bu malzemenin genleşmesi ve büzülmesi konusunda endişeliydik, çünkü bu yeni bir malzeme, ısındığında ve soğuduğunda, genişlemesi ve büzülmesinden endişesi ediyorduk.

Bu ev bir test prototipi ve evin etrafında sensörler var. Tavanın tam ortasına baktığınızda orada bir sensör görüyorsunuz. Bu sensörler veri topluyordu. Evin hem yapısal hem de çevresel verileri hakkında aynı zamanda ısıtma ve soğutma verilerini kaydediyordu. Bir yıl sonra bu ev bütün mevsimlerde denenmiş olacak. Şimdi iyi yapılıp yapılmadığını görme zamanı.

Bir yıllık süre içinde son derece iyi bir performans sergilediğini gönül rahatlığıyla söyleyebilirim. Elbette birkaç küçük sorun bulduk ama bunları kolayca çözebiliriz. Sıradan yeni bir evde göremeyeceğiniz önemli bir çatlama görmedik.

Yani şu anda gördüğünüz bu malzeme, biyopolimerlerden ve ağaç liflerinden yapılmış olmasına rağmen, basınç açısından betondan daha güçlüdür. Yine de yüzde 100 geri dönüştürülebilir ve onu delip kesebilirsiniz, dolayısıyla çeşitli yerlerde kullanılabilen çok benzersiz bir malzeme olduğu notunu da burada paylaşalım.

Yüzde 100 geri dönüştürülebilir evlere sahip olmak da çok önemlidir. Şu anda bu malzemeyi öğütüp bir kaç kez geri dönüştürüp yeniden kullanabileceğimizi test etme sürecindeyiz.

Bu malzemeyi geri dönüştürmek için öğütebilirsiniz ve sonra onu tekrar kullanabilirsiniz. Her döngüde özelliklere ve malzemelere ne olduğunu görmek için bunu şu anda beş kez yapıyoruz. Mesela bu ev 200 yıl kullanılsa ve malzemeyi beş yıl sonra yeniden kullansanız, burada bin yıllık bir geri dönüşümü düşünebilirsiniz.

Betondan evler inşa ettiğinizde genellikle sadece duvarları inşa ediyorsunuz. Ancak bu metotla inşa edildiğinde, aslında normalde yaptığınız gibi önce temeli atıyorsunuz, sonra duvarları ve daha sonra geri gelip çatı kirişlerini ve evin geri kalanını lokal bir şekilde inşa etmeye başlıyorsunuz. Bu yolla bunu yapmadık.

Ancak yazıcı ile bunu başardık. Zemini bastık, duvarları bastık, çatıyı bastık, hepsini tek parça halinde bastık.

Yalıtımda R değerleri termal direncin ölçüsüdür. R değeri ne kadar yüksek olursa yalıtım o kadar etkili olur.

Artık dünyanın en büyük termoplastik 3D yazıcısına sahibiz. Bunu evler ve tekneler gibi şeyleri basmak için kullanıyoruz. Daha büyük bir şeye ihtiyacımız olduğunu fark ettik, daha fazlasına ihtiyacımız var çünkü bunu geniş ölçekte yapmak istiyorsak, daha hızlı yapmalıyız ve bunu yazıcıdan gelen daha büyük malzeme boyutu ile yapmalıyız.

Önümüzdeki yaz geleceğin fabrikası olarak gördüğümüz bir fabrikanın temellerini atıyoruz. Üretimi artırmaya yönelik bir fabrika. Elbette bu evleri ne kadar hızlı üretirseniz maliyetler de o kadar düşük olur. Bu ev modüller halinde tasarlandı, değil mi? Amacımız bu ev modellerinden birini yaklaşık 48 saat içinde inşa edebilmek. Tek bir makine kullanarak İki günde bitirmeyi planlıyoruz.

Bu evin malzeme maliyeti kabaca 40 bin civarında. Maine eyaletimizde bu büyüklükteki tipik 600 metrekarelik bir evin maliyeti ise 300 bine yakın. Buradaki malzemeler 40 bin civarında, şimdi üretim maliyetlerinin ne kadar olduğunu değerlendiriyoruz ve bu rakamlara ulaştığımızda geleneksel inşaatlarla çok rekabetçi olacağımıza inanıyoruz. Ama daha da önemlisi, geleneksel inşaat pek çok insanın kullanımına açık değil çünkü bunu yapacak iş gücümüz de yok.

Bu yıl ve önümüzdeki yıl çok daha yüksek bir versiyonu olan BioHome3D 2.0'ı çok üreteceğiz. Bu konuda çok sayıda girişimci bu evdeki ilerlemelerle yakından ilgileniyor. Bu alanda çalışan geliştiricilerden biri de Penquist adında bir firma. Bu teknolojiyi kullanarak dokuz haneli bir mahalle üretmek için onlarla bir anlaşmamız var.

İnsanlar vay be böyle güzel gözükeceğini tahmin etmezdik evet biz bu evde yaşarız diyorlar. Sonuçta önemli olan da bu. İnsanlar bunu gerçekten seviyor mu, bunu istiyor mu? Elbette araştırmacılar olarak hepimiz bunun mühendislik perspektifinden bir araya geldiğini görmek büyük bir mühendislik başarısıydı. Ancak insanların buna bu kadar olumlu tepki verdiğini görmek tüm ekip için çok ama çok ödüllendirici oldu.”