Cyanobacteriën vormen basis van duurzame bouwmaterialen
Posted by managing21 on juli 9th, 2024
Het is mogelijk om op basis van cyanobacteriën biogene bouwmaterialen te vervaardigen. Dat blijkt uit een onderzoek van wetenschappers aan het Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems (IKTS) en het Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma Technology (FEP). De onderzoekers merken op dat de bacteriën zich vermenigvuldigen zich in een voedingsoplossing, aangedreven door fotosynthese. Wanneer aggregaten en vulstoffen zoals zand, basalt of hernieuwbare grondstoffen worden toegevoegd, worden rotsachtige solide structuren geproduceerd. In tegenstelling tot de traditionele betonproductie genereert dit proces geen koolstofdioxide, wat schadelijk is voor het milieu. In plaats daarvan wordt de koolstofdioxide gebonden in het materiaal zelf.
“De bouwindustrie heeft een belangrijk probleem”, voeren de onderzoekers aan. “Cement – het hoofdbestanddeel van beton en misschien wel het meest gebruikte bouwmateriaal van deze tijd – is slecht voor het klimaat. De uitstoot van koolstofdioxide bij de productie van cement is erg hoog. Volgens het Duitse Umweltbundesamt (UBA) was de cementproductie in 2018 alleen al in Duitsland verantwoordelijk voor de uitstoot van ongeveer 20 miljoen ton koolstofdioxide. Dat komt overeen met ongeveer 10 procent van alle industriële emissies. Het is echter mogelijk om met een milieuvriendelijke, biologisch geïnduceerde methode biogene bouwmaterialen te produceren. Niet alleen stoot het proces zelf geen koolstofdioxide uit, maar het schadelijke gas wordt gebruikt voor het proces zelf en vervolgens gebonden in het materiaal.”

De huidige bouwsector heeft een bijzonder grote ecologische voetafdruk. – Foto: Pixabay/Dimitris Vetsikas
De kern van de nieuwe methode wordt door cyanobacteriën, voorheen bekend als blauwalgen, gevormd. Deze bacterieculturen zijn in staat tot fotosynthese. Als licht, vocht en temperatuur op elkaar inwerken, vormen ze structuren die bekend staan als stromatolieten van kalksteen. Deze rotsachtige biogene structuren bestaan al 3,5 miljard jaar in de natuur, wat getuigt van de veerkracht en duurzaamheid van dit biologische proces. Net als toen wordt koolstofdioxide uit de atmosfeer gevangen als onderdeel van het mineralisatieproces en vervolgens gebonden in het biogene gesteente. De Duitse wetenschappers, onder leiding van Matthias Ahlhelm en Ulla König zijn er met hun project BioCarboBeton nu in gelukt om dit natuurlijke proces met een technologische methode na te bootsen.
Verschillende toepassingen
“In de eerste stap om biomassa te produceren, worden de lichtgevoelige cyanobacteriën gekweekt in een voedingsoplossing”, werpen de onderzoekers op. “De intensiteit en kleur van de gebruikte lichtbron beïnvloeden de bacteriële fotosynthese en het metabolisme. Om ervoor te zorgen dat de bacteriële oplossing een mineralisatie kan ondergaan om stromatoliet-achtige structuren te produceren, worden calciumbronnen zoals calciumchloride toegevoegd. Vervolgens wordt een mengsel van hydrogels en verschillende vulstoffen, zoals diverse soorten zand, gecreëerd. Extra koolstofdioxide wordt toegevoegd om het proces te ondersteunen.”
Het bacteriële mengsel wordt geroerd tot het punt van homogeniteit en krijgt dan structuur door het over te brengen in bijvoorbeeld mallen. De mallen moeten bij voorkeur doorzichtig zijn, zodat de processen van bacteriële stofwisseling en fotosynthese door kunnen gaan. De daaropvolgende mineralisatie leidt tot de uiteindelijke stolling. Het bacteriële mengsel kan ook worden gevormd door spuiten, schuimen, extrusie of additieve vervaardiging, waardoor het de vorm krijgt waarin de laatste stadia van mineralisatie plaatsvinden.
Als alternatief kunnen ook poreuze substraten worden gemaakt en vervolgens met de cyanobacterie-cultuur worden behandeld. “De vaste structuur die zich ontwikkelt, is tijdens het proces nog steeds poreus, zodat er licht naar binnen valt en de koolstofdioxide-fixatie wordt aangestuurd door de mineralisatie van kalksteen”, verduidelijkt Ahlhelm. “We kunnen het proces stoppen door het licht en vocht te verwijderen of de temperatuur te veranderen. Op dat moment sterven alle bacteriën gewoon af. Het resultaat is een vast product op basis van biogeen calciumcarbonaat en vulstoffen dat onder meer als baksteen kan worden gebruikt. De biogebaseerde bouwmaterialen die van cyanobacteriën zijn gemaakt, bevatten geen giftige stoffen.”
Een van de doelen van het project BioCarboBeton is het bepalen van de mogelijke eigenschappen van de biogene materialen die kunnen worden geproduceerd en het opschalen van de processen. De onderzoekers denken daarbij al na over een circulair procesontwerp. De koolstofdioxide zou onder meer afkomstig kunnen zijn van industriële afvalgassen. Basalt en mijnafval zouden gebruikt kunnen worden als calciumbron, maar dat geldt ook voor melkresten van zuivelbedrijven. Naast zand kunnen ook bouwafval of hernieuwbare bronnen als vulmiddel worden gebruikt.
De Duitse wetenschappers merken op dat de technologie voor verschillende toepassingen kan worden gebruikt. “Dankzij de gerichte selectie van vulstoffen en het beheer van de parameters kunnen producten worden gemaakt voor een groot aantal verschillende toepassingen”, werpen de onderzoekers op. “Potentiële toepassingen zijn onder meer isolatiemateriaal, baksteen, bekistingsvulling en zelfs mortel of stucwerk dat uithardt of verhardt nadat het is aangebracht.”
De uiteindelijke bedoeling van BioCarboBeton is om fabrikanten in staat te stellen de milieuvriendelijke bouwmaterialen op biologische basis in de benodigde volumes, snel en kosteneffectief te produceren. Ahlhelm en König zeggen absoluut in het proces te geloven. “Onze methode laat het enorme potentieel zien dat door de biologisatie-technologie kan worden ontsloten. In het algemeen biedt BioCarboBeton een kans om een grote stap te zetten in de richting van een circulaire economie in de bouwsector en daarbuiten.”
Meer over dit onderwerp:
- Europa moet bij zijn bevolking compact wonen promoten
- Klimaat en bouwsector dreigen vaak in conflict terecht te komen
- Bouwsector ziet aanhoudend grote vraag naar datacenters
- Zürich laat hoogste bouwkosten van heel Europa optekenen
- Artificiële intelligentie kan voor bouwsector belangrijk instrument vormen