Volgens EU Science Hub, steeds frequentere extreme weersomstandigheden zullen leiden tot toenemende schade aan infrastructuur, met verliezen die tegen 2030 naar schatting 20 miljard euro per jaar zullen bedragen. Deze dringende bedreigingen maken duidelijk dat er nieuwe antwoorden nodig zijn op het probleem van bodemstabilisatie.

Wetenschappers van EPFL's Laboratory of Soil Mechanics (LMS) hebben een aantal duurzame oplossingen ontwikkeld, waaronder een die enzymmetabolisme gebruikt. Hoewel deze methoden voor een breed scala aan grondsoorten werken, ze zijn aanzienlijk minder effectief als het gaat om kleigronden. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , het team laat zien hoe chemische reacties kunnen worden verbeterd door een batterijachtig systeem te gebruiken om elektrische stroom toe te passen.

Een nieuw type biocement - in situ en bij omgevingstemperatuur geproduceerd - is onlangs gesuggereerd als een veelbelovende methode voor het stabiliseren van verschillende bodemtypes. De methode maakt gebruik van het bacteriële metabolisme om calcietkristallen te produceren die bodemdeeltjes duurzaam aan elkaar binden. Dit biogeochemische proces is energiezuinig en kosteneffectief, en kan de komende jaren snel worden uitgerold. Maar omdat de grond moet worden geïmpregneerd om de methode te laten werken, het is minder geschikt voor slecht doorlatende kleigronden. Nutsvoorzieningen, het LMS-team heeft een levensvatbaar alternatief ontwikkeld en met succes getest, waarbij elektrische stroom wordt toegepast met behulp van verzonken elektroden.

"Onze bevindingen tonen aan dat dit geo-elektrochemische systeem inderdaad de belangrijkste stadia van het verkalkingsproces beïnvloedt, vooral de vorming en groei van de kristallen die de grond aan elkaar binden en het gedrag ervan verbeteren, " zegt Dimitrios Terzis, een wetenschapper bij LMS en een van de co-auteurs van het artikel.

Het biocement wordt gevormd door chemische soorten in de bodem te brengen. Deze omvatten opgeloste carbonaat- en calciumionen, die tegengestelde ladingen dragen. Verzonken anoden en kathoden worden gebruikt om een ​​elektrisch veld te creëren, veel op dezelfde manier als een gigantische batterij. De stroom dwingt de ionen om over het medium met lage permeabiliteit te bewegen, waar ze elkaar kruisen, vermengen en uiteindelijk interageren met bodemdeeltjes. Het resultaat is de groei van carbonaatmineralen, die fungeren als schakels of "bruggen" die de mechanische prestaties en weerstand van bodems verbeteren.

De krant, waarin de bevindingen van het team worden uiteengezet bij het observeren en meten van de kwaliteit van deze minerale bruggen, maakt de weg vrij voor toekomstige ontwikkelingen in het veld. Verdere testen, op verschillende schalen, nodig zijn voordat de technologie in de echte wereld kan worden toegepast. Het onderzoek werd uitgevoerd in het kader van een 2018-2023 European Research Council (ERC) Advanced-beurs toegekend aan Prof. Lyesse Laloui, die aan het hoofd staat van het LMS en co-auteur is van de paper. Het project heeft drie verticale lijnen, gericht op het begrip van de fundamentele mechanismen die optreden op de schaal van bodemdeeltjes (microschaal), de geavanceerde karakterisering van mechanisch gedrag op laboratoriumschaal, en de grootschalige ontwikkeling en demonstratie van innovatieve systemen in natuurlijke omgevingen. In juli 2020, hetzelfde onderzoeksteam kreeg een extra ERC Proof of Concept-beurs om de technologieoverdracht naar industriële toepassingen te versnellen.

Vroeger, bodems werden uitsluitend behandeld als een mengsel van vaste aarde, lucht en water. Volgens de co-auteurs dit onderzoek laat zien hoe interdisciplinaire benaderingen, d.w.z. puttend uit concepten uit de biologie en elektrochemie en het integreren van vorderingen en mechanismen uit andere wetenschappelijke gebieden - kan opwindende nieuwe wegen openen en aanzienlijke voordelen opleveren.