managing21.be

De verwerking van zeewierpoeder in cement verlaagt de uitstoot van koolstofdioxide van beton zonder de sterkte van het product aan te tasten. Dat blijkt uit een rapport van wetenschappers van de University of Washington en Microsoft. Machine learning vergemakkelijkte de zoektocht naar de optimale samenstelling van de duurzame opties.

De moderne wereld is gebouwd met beton. Geen enkel materiaal in de wereld, op uitzondering van water, wordt door de mensheid meer gebruikt dan beton. Toch is cement – het belangrijkste bestanddeel van beton – verantwoordelijk voor maar liefst 10 procent van de wereldwijde uitstoot van koolstofdioxide.

Om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers van de University of Washington en Microsoft een nieuw type beton met een lage uitstoot ontwikkeld. Daarbij werd het cement gemengd met gemalen zeewier. Het cement dat met zeewier werd versterkt, bleek de uitstoot van koolstofdioxide met 21 procent te verminderen, zonder aan de sterkte van het product te raken.

“Cement is overal aanwezig”, benadrukt onderzoeksleider Eleftheria Roumeli, professor materiaalkunde en techniek aan de University of Washington. “Het product vormt de ruggengraat van de moderne infrastructuur, maar heeft een enorme impact op het klimaat. Maar gebleken is dat een fotosynthetisch materiaal dat overvloedig aanwezig is, zoals groen zeewier, in cement kan worden verwerkt om de uitstoot te verminderen, zonder dure verwerking of prestatieverlies.”

Bij de productie van één kilogram cement komt bijna een kilogram koolstofdioxide vrij. Het grootste deel van die uitstoot komt van fossiele brandstoffen die worden gebruikt om grondstoffen te verhitten, samen met de chemische reactie calcinatie die tijdens het productieproces plaatsvindt.

Zeewier daarentegen is een koolstofopslag. Het product haalt immers koolstofdioxide uit de lucht en slaat tijdens zijn groeiproces het broeikasgas op. Opmerkelijk genoeg kan het zeewierpoeder rechtstreeks een deel van het cement in beton vervangen, waardoor de ecologische voetafdruk van het eindproduct aanzienlijk kleiner wordt.

Machine learning

De wetenschappers willen nu een verder inzicht verwerven in de eigenschappen van het product. Daarbij willen de onderzoekers bekijken op welke manier de samenstelling en structuur van zeewier de prestaties van het cement beïnvloeden. Bedoeling is om de studie uit te breiden naar andere soorten algen of zelfs voedselafval, zodat producenten wereldwijd lokale en duurzame alternatieven voor cemen kunnen maken.

Roumeli wijst ook op de mogelijkheden die het concept van machine learning biedt om het onderzoek te versnellen. “Het bepalen van de ideale mengverhouding van cement en zeewier zou normaal gesproken vijf jaar in beslag kunnen nemen”, verduideijkt Roumeli. “Elk betonmonster heeft immers ongeveer een maand nodig om volledig uit te harden voordat de eigenschappen nauwkeurig kunnen worden geëvalueerd. Maar machine learning biedt de mogelijkheid om die fase gevoelig in te korten.”

De wetenschappers lieten machine learning een eerste reeks van vierentwintig cement-formules analyseren. Vervolgens gebruikten ze het model om ideale mengsels te voorspellen die in het laboratorium konden worden getest. Op die manier kon een versnelde analyse van een brede reeks potentiële formules worden gerealiseerd.

“Op die manier konden we in amper achtentwintig dagen een optimaal mengsel samenstellen van cement en zeewier dat de uitstoot van koolstofdioxide kon verminderen zonder de druksterkte van het product aan te tasten”, merkte Roumeli op. “Door natuurlijke materialen zoals algen te combineren met moderne technologieën voor data-analyse, kunnen we productie lokaliseren, emissies verminderen en sneller toewerken naar een duurzamere infrastructuur.”