瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的研究人員開發了一種環保的牆壁和天花板面材，能夠臨時儲存濕氣，為高使用率的室內空間創造舒適的環境。這種材料的組成部分由礦物廢料製成，並使用3D列印技術生產。
簡介：ETH Zurich 的 3D列印牆面技術
- ETH Zurich 的土木工程師和建築師開發了一種新型建築元件，可用於室內除濕。
- 該元件可應用於牆壁和天花板，能夠吸收並臨時儲存濕氣。
- 它使用回收材料透過 3D 列印製造，並可取代傳統機械通風系統。
解決室內濕氣問題的新方法
無論是在辦公樓的會議室、博物館的展廳，還是政府機關的等候區，這些人流密集的地方往往會快速變得悶熱，部分原因來自於濕度升高。通常辦公和行政建築使用通風系統進行除濕，以確保室內舒適環境。然而，機械除濕雖然有效，但需要耗費能源，且可能因電力來源而對氣候產生負面影響。
針對此問題，ETH Zurich 的研究團隊探索了一種新方法，提出「被動式除濕」概念。此方法讓牆壁和天花板吸收高濕度，並將濕氣臨時儲存起來，而非依賴機械通風系統將其排出。當房間進行自然通風時，濕氣再逐步釋放。
「我們的解決方案適用於人流密集、現有通風系統不足的空間，」負責該研究的永續建築教授 Guillaume Habert 表示。
使用大理石廢料的循環經濟原則
研究團隊遵循循環經濟原則，尋找適合的吸濕材料。他們選用大理石採石場產生的細粉廢料作為主要材料。為了將這些粉末轉變為可吸濕的牆面與天花板元件，需要一種黏合劑，這一功能由一種地質聚合物（geopolymer）實現。
該種地質聚合物由煅燒高嶺土（metakaolin，瓷器生產中常用）與鹼性溶液（包括硅酸鉀和水）組成。鹼性溶液可活化煅燒高嶺土，形成一種將大理石粉末結合成固體建築材料的黏合劑。與傳統水泥相比，地質聚合物在生產過程中排放的二氧化碳更少。
在 ETH 的計畫中，科學家成功製造出一個原型牆面與天花板元件，尺寸為 20 × 20 公分，厚度 4 公分。該元件由數位建築技術教授 Benjamin Dillenburger 領導的團隊透過 3D列印技術製造，採用膠結噴射列印技術（binder jet printing）。「這種工藝能夠高效生產多種形狀的元件，」Dillenburger 表示。
提高舒適度的濕度控制元件
將地質聚合物與 3D列印結合，以製造濕氣儲存元件，是可持續建築的一項創新方法。建築物理學家 Magda Posani 領導了材料吸濕性能的研究，該研究在她加入芬蘭埃斯波的阿爾托大學擔任教授之前於 ETH Zurich 完成。
這項計畫以材料科學家 Vera Voney 的博士論文為基礎，由高級研究員 Coralie Brumaud 和建築師 Pietro Odaglia 共同指導。他們在 ETH 開發了此材料以及專用的 3D列印機器。
這項創新技術不僅有助於減少能源消耗，還為建築環境帶來了自然且有效的濕度控制方法，展示出建築科技在可持續發展中的巨大潛力。
3D列印 吸濕物件 Hygroscopic Object 影片
這種環保元件透過3D列印技術以可持續方式製造。（影片提供：Pietro Odaglia、Vera Voney / 數位建築技術與可持續建築研究室）
「我們透過數值模擬證實，這種建築元件能顯著降低高使用率室內空間的濕度，」Magda Posani 總結了這項研究的主要成果。在模擬中，假設葡萄牙波爾圖市（Oporto）一座公共圖書館的閱覽室內，牆壁與天花板完全使用了吸濕元件。該閱覽室可容納15人使用，Posani 計算了在一年內濕度超出舒適區間（相對濕度40%至60%）的頻率與程度，並據此推導出「不適指數」，這是一個用來衡量濕度過高或過低導致舒適度下降的數據。
結果顯示，如果閱覽室安裝了這些吸濕元件（Hygroscopic Components），相較於傳統塗料牆壁，不適指數可降低75%。若將元件的厚度從4公分增加至5公分，不適指數甚至可減少高達85%。
新型 3D 列印技術：膠結噴射列印
傳統 3D 列印使用黏稠的塑膠材料逐層疊加在基板上，但製造這種牆壁與天花板元件採用的是不同的技術：膠結噴射列印（Binder Jet Printing）。在該工藝中，將細磨的大理石粉和煅燒高嶺土（metakaolin）作為粉末基底鋪設在基板上，並使用可移動噴射頭將矽酸鉀溶液噴灑至需要的位置，使粉末固化。重複此過程，便能逐層構建元件。
比通風系統更環保
這種吸濕牆壁與天花板元件是環保的選擇。與傳統通風系統相比，它們在 30 年壽命週期內的溫室氣體排放量顯著降低。在模擬計算中，這些元件還與傳統的黏土抹灰進行了對比。黏土抹灰是一種自古以來被用於室內空氣濕度調節的被動技術。結果顯示，黏土抹灰的氣候友好性甚至超過了吸濕元件（Hygroscopic Components），但水蒸氣儲存能力較低。
創新技術的未來發展
ETH Zurich 的研究表明，結合地質聚合物與 3D 列印技術，可以製造出具備高效濕氣緩衝能力的牆壁與天花板元件。在概念驗證成功後，這項技術原則上已具備進一步開發和工業化規模生產的潛力。
同時，相關研究仍在繼續。在與都靈理工大學（Turin Polytechnic）及芬蘭阿爾托大學（Aalto University）的合作計畫中，ETH Zurich 正致力於開發溫室氣體排放量更低的牆壁與天花板元件做為綠建築材料。
未來展望：如果瑞士希望在 2050 年達成淨零碳排放目標，就需要在建築施工與使用過程中將溫室氣體排放降至最低，而這類技術正是實現該目標的重要一環。