"De bouwsector stoot enorme hoeveelheden CO . uit ₂ ", zegt SINTEF-onderzoeker Simone Balzer Le, die deel uitmaakt van een multidisciplinair onderzoeksteam dat momenteel een biologisch cement ontwikkelt, genaamd BioZEment. "De productie van cement, dat is een bindmiddel in beton, alleen al is goed voor meer dan vijf procent van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen."

Geen uitstoot - geen opwarming

Bij de conventionele cementproductie kalksteen wordt verwarmd tot een temperatuur van 1450 graden. Het proces wordt calcineren genoemd en resulteert in het vrijkomen van enorme hoeveelheden broeikasgassen (BKG) in de vorm van CO ₂ .

"Er zijn momenteel veel manieren om deze volumes te verminderen, ", zegt Balzer Le. "Onze opties omvatten het afvangen van de CO ₂ gas, het cement gedeeltelijk vervangen door een ander bindmiddel, of een manier vinden om cement te maken zonder te verhitten. Dit is de benadering die we gebruiken bij de ontwikkeling van BioZEment, " ze zegt.

Als de onderzoekers erin slagen deze laatste benadering te bevorderen, het kan een enorme invloed hebben op het verminderen van de door de bouwsector geproduceerde broeikasgasemissies.

"Onze schattingen geven aan dat het gebruik van dit materiaal de wereldwijde uitstoot tot 80 procent zou kunnen verminderen in vergelijking met conventioneel cement, hoewel BioZEment niet voor alle bouwtoepassingen in zijn huidige vorm kan worden gebruikt. Echter, het kan bijdragen aan de collectieve inspanningen van de bouwsector om CO . te verminderen ₂ uitstoot.

Bacteriën in plaats van verwarming

Het proces begint met het op de conventionele manier mengen van gemalen kalksteendeeltjes en zand. Maar in plaats van de kalksteen te verwarmen, specifieke bacteriën worden toegevoegd, die de onderzoekers hebben ontdekt in de buurt van een kalksteengroeve in Verdal, Noorwegen.

"De bacteriën produceren organische zuren, inclusief melk- en azijnzuur, " zegt Balzer Le. "Deze helpen de pH-waarde van het mengsel te verlagen en zo de kalksteen gedeeltelijk op te lossen, het vrijgeven van calciumionen en carbonaat."

"Stap twee is het mengen van zand met een andere vorm van bacteriën in een mal en dit voeden met het voorbereide mengsel van gedeeltelijk opgeloste kalksteen en ureum. Deze bacteriën produceren een enzym dat het ureum splitst, waardoor de pH weer stijgt. Onder dergelijke omstandigheden, calcium wordt samen met calciumcarbonaatkristallen gevormd, en het zijn deze kristallen die fungeren als bindmiddel in op bacteriën gebaseerd beton, " ze legt uit.

Na het drogen, het materiaal in de mal wordt vast. In essentie, deze methode is een uitbreiding van het bekende biogeochemische proces dat bekend staat als Microbially-Induced Calcite Precipitation (MICP). Calciumcarbonaat slaat neer als gevolg van de interactie tussen natuurlijke mineralen en het bacteriële metabolisme. MICP wordt gebruikt, onder andere, door het Amerikaanse bedrijf bioMASON om de ondergrond te vervaardigen en te stabiliseren.

"Het voordeel van onze aanpak is dat zowel het calcium als het carbonaat afkomstig zijn uit de kalksteen, waardoor we het gebruik van ureum kunnen verminderen in vergelijking met een andere veelgebruikte vorm van MICP die zijn carbonaat uitsluitend uit ureum haalt, ', zegt Balzer Le.

Begin met het maken van stenen

De onderzoekers hebben verschillende manieren onderzocht om deze technologie toe te passen. De meest rechttoe rechtaan aanpak zal waarschijnlijk zijn om op bacteriën gebaseerde bakstenen te maken, die waarschijnlijk slechts ongeveer tien procent meer zal kosten om te maken dan standaard stenen.

"Door bakstenen te maken, kunnen we het proces ontwikkelen, maar we onderzoeken ook meer commerciële toepassingen van het materiaal die de productiekosten zullen verlagen, ", zegt Balzer Le. "Het meest realistische scenario zal zijn om commercieel vervaardigde bakstenen te maken die rechtstreeks van een fabriek naar een bouwplaats kunnen worden getransporteerd, " ze zegt.

Praktisch en recyclebaar

Het is nog te vroeg om te zeggen hoe dit biologische cement zal presteren op het gebied van kwaliteit.

"Het zal niet zo sterk zijn als conventioneel beton, maar er zijn toepassingen waarbij de materiaalsterkte waarschijnlijk meer dan voldoende zal zijn, " zegt Balzer Le, eraan toevoegend dat er veel potentiële manieren zijn om BioZEment-beton sterker te maken. Deze omvatten een verscheidenheid aan soorten wapening met behulp van aluminium of cellulosevezels afgeleid van hout, beide zullen het materiaal praktisch maken voor een aantal verschillende toepassingen.

De onderzoekers erkennen ook het potentieel om BioZEment te recyclen.

"Dit zal resulteren in minder gebruik van grondstoffen, waardoor dit een zeer opwindend onderzoeksgebied voor ons is, ', zegt Balzer Le.