EPFL-spin-off Medusoil heeft met succes zijn grondstabilisatieproces getest op kliffen die onderhevig zijn aan oppervlakte-erosie. De op biomineralen gebaseerde oplossing van het bedrijf kan worden gebruikt om zand- en grindbodems te stabiliseren om de omliggende infrastructuur te beschermen. Het is een duurzaam en gebruiksvriendelijk alternatief voor industriële vloeistoffen, waarvan de productie en het gebruik schadelijk kunnen zijn voor het milieu. De startup is nu klaar om de productie op te schalen.

Bodem erosie, aardverschuivingen, stijgende zeespiegels en andere gevolgen van extreme weersomstandigheden kunnen de grond rond de infrastructuur verzwakken. Om hun structurele integriteit te behouden, de ondergrond moet vaak worden gestabiliseerd. Bestaande oplossingen, die vaak cement gebruiken, kalk of industriële harsen, niet noodzakelijkerwijs voor stabiliteit op lange termijn en hebben vaak een gevaarlijk effect op de bodemkwaliteit door microplastics en giftige stoffen of door het verhogen van de alkaliteit van het grondwater boven aanvaardbare niveaus.

Medusolie, een EPFL-spin-off, is het eerste bedrijf ter wereld dat een oplossing voor bodemstabilisatie ontwikkelt die een natuurlijk proces benut en versnelt:het genereert mineraal calciet, een krachtig bindmiddel dat de bodem op microscopisch niveau verhardt. De oplossing is snel, goedkoop en verbruikt weinig energie. Het bedrijf heeft zijn techniek met succes getest op eroderende kliffen in het kanton Vaud. Het heeft ook een faciliteit opgezet om zijn bodemstabilisatiemiddel in massaproductie te produceren, evenals een mobiele injectie-eenheid die naar bouwplaatsen kan worden gestuurd.

Micro-organismen gebruiken als uitlokkende factor

Gebaseerd op de natuur, het mineralisatieproces creëert calcietkristallen, die de grind- of zanddeeltjes stevig aan elkaar binden. Voor de triggering-agent, de onderzoekers gebruikten Sporosarcina pasteurii-micro-organismen, die ze gevriesdroogd voor eenvoudiger gebruik. In combinatie met ureummoleculen, de micro-organismen geven carbonaat af, die zich aan het calcium bindt om kristallen te vormen. De kristallen hechten zich vast aan deeltjes in de grond en groeien in aantal en grootte, in sommige gevallen wel honderden micrometers groot. urease, een enzym dat vrijkomt als onderdeel van het spijsverteringsproces van het micro-organisme, versnelt de reactie, het maken van 1, 000 keer sneller dan in de natuur. En het eindproduct wordt binnen enkele dagen of zelfs uren bereikt.

Testen in de echte wereld

Het Medusoil-team bedacht de meest veelbelovende vloeistofsamenstellingen in EPFL's Laboratory of Soil Mechanics en begon ze vervolgens in 2018 te testen onder realistische omstandigheden. Een van de pilootprojecten was het versterken van een zandstenen klif die onstabiel was geworden als gevolg van het oppervlak erosie veroorzaakt door wind en regenafvoer die de fijne bodemdeeltjes aantasten. "Tijdens deze testen we waren in staat om de grond in de doelzone te consolideren en dichter te maken, waardoor de stabiliteit wordt verbeterd, " zegt Dimitrios Terzis, de CEO van het bedrijf. De testresultaten werden bevestigd door geofysische metingen, inclusief seismisch onderzoek, waar schokgolven die door de grond werden gestuurd, bijna twee keer zo snel reisden na het mineralisatieproces (zie figuur 1). Dat is een duidelijke aanwijzing dat de bodem compacter is en minder vatbaar voor schade bij een aardbeving.

De oplossing van Medusoil is eenvoudig aan te brengen. Het mineralisatiemengsel wordt met regelmatige tussenpozen via buizen in de grond geïnjecteerd. Het reageert wanneer het in contact komt met calcium om calciet te vormen, het hoofdbestanddeel van vele soorten sedimentair gesteente, onder het oppervlakte. De resultaten zijn al een paar uur later zichtbaar. Het proces kan ook worden aangepast aan de behoeften van bodemversterkings- en bouwprojecten. Kleine hoeveelheden calciet genereren voldoende veerkracht van de deeltjes om de schuifspanningen veroorzaakt door een grote aardbeving te weerstaan; ze kunnen ook hellingen stabiliseren of bestaande funderingen verstevigen. Met hogere niveaus van calciet, de biomineralen kunnen dienen als bouwmateriaal of worden gebruikt voor bodemafdekking.