Betong genererar enorma mängder växthusgaser. Det är därför forskare funderar på att producera mer miljövänliga former av detta viktiga byggmaterial. Upphovsman:Shutterstock
"Byggindustrin släpper ut stora mängder koldioxid 2 ", säger SINTEF -forskaren Simone Balzer Le, som ingår i ett tvärvetenskapligt forskargrupp som för närvarande utvecklar ett biologiskt cement som kallas BioZEment. "Tillverkning av cement, som är ett bindemedel i betong, ensam står för mer än fem procent av de globala utsläppen av växthusgaser. "
Inga utsläpp - ingen uppvärmning
Vid konventionell cementtillverkning, kalksten värms till en temperatur av 1450 grader. Processen kallas kalcinering och resulterar i att stora mängder växthusgasutsläpp (GHG) släpps ut i form av CO 2 .
"Det finns för närvarande många sätt att minska dessa volymer, "säger Balzer Le." Våra alternativ inkluderar att fånga CO 2 gas, delvis ersätta cementet med ett annat bindemedel, eller hitta ett sätt att tillverka cement utan uppvärmning. Detta är den metod vi använder vid utvecklingen av BioZEment, " hon säger.
Om forskarna lyckas utveckla detta sista tillvägagångssätt, det kan ha ett stort inflytande på att minska mängden växthusgasutsläpp som byggsektorn producerar.
"Våra uppskattningar indikerar att användning av detta material kan minska de globala utsläppen med upp till 80 procent jämfört med konventionellt cement, även om BioZEment inte kan användas för alla byggnadstillämpningar i sin nuvarande form. Dock, det kommer att kunna bidra till byggsektorns kollektiva insatser för att minska koldioxidutsläppen 2 utsläpp.
Bakteriebaserad betong består av sand, finmalet kalksten och två specifika bakterier, blandat med vatten, urea och näringsämnen för bakterierna. Här är Simone Balzer Le i hennes labb. Kredit:Håvard Egge
Bakterier istället för uppvärmning
Processen börjar med att blanda malda kalkpartiklar och sand på konventionellt sätt. Men istället för att värma kalksten, specifika bakterier tillsätts, som forskarna har upptäckt nära ett kalkbrott i Verdal, Norge.
"Bakterierna producerar organiska syror, inklusive mjölksyra och ättiksyra, "säger Balzer Le." Dessa hjälper till att minska blandningens pH -värde och löser så delvis upp kalkstenen, frigör kalciumjoner och karbonat. "
"Steg två innebär att blanda sand med en annan form av bakterier i en form och mata den med den beredda blandningen av delvis upplöst kalksten och urea. Dessa bakterier producerar ett enzym som delar urea, vilket får pH att stiga igen. Under sådana förhållanden, kalcium bildas tillsammans med kalciumkarbonatkristaller, och det är dessa kristaller som fungerar som bindemedlet i bakteriebaserad betong, "förklarar hon.
Efter torkning, materialet i formen blir fast. I huvudsak, denna metod är en förlängning av den välkända biogeokemiska processen som kallas mikrobiellt inducerad kalcitutfällning (MICP). Kalciumkarbonat fälls ut till följd av interaktionen mellan naturliga mineraler och bakteriell metabolism. MICP används, bland annat, av det amerikanska företaget bioMASON för att tillverka och stabilisera underlag.
"Fördelen med vårt tillvägagångssätt är att både kalcium och karbonat härrör från kalkstenen, vilket gör att vi kan minska användningen av urea jämfört med en annan vanligt tillämpad form av MICP som endast hämtar dess karbonat från urea, "säger Balzer Le.
Kredit:Håvard Egge
Börja med att göra tegel
Forskarna har undersökt ett antal olika sätt att tillämpa denna teknik. Det mest enkla tillvägagångssättet kommer sannolikt att vara att tillverka bakteriebaserade tegelstenar, som förmodligen kommer att kosta bara cirka tio procent mer att göra än vanliga tegelstenar.
"Att göra tegel gör att vi kan utveckla processen, men vi undersöker också mer kommersiella tillämpningar av materialet som kommer att minska produktionskostnaderna, "säger Balzer Le." Det mest realistiska scenariot blir att göra kommersiellt tillverkade tegelstenar som kan transporteras direkt från en fabrik till en byggarbetsplats, " hon säger.
Praktiskt och återvinningsbart
Det är för tidigt att säga hur detta biologiska cement kommer att prestera när det gäller kvalitet.
"Det kommer inte att vara lika starkt som konventionella betonger, men det finns applikationer där dess materialstyrka sannolikt kommer att vara mer än tillräcklig, "säger Balzer Le, tillägger att det finns många möjliga sätt att göra BioZEment -betong starkare. Dessa inkluderar en mängd olika typer av armering med antingen aluminium- eller cellulosafibrer härrörande från virke, båda kommer att göra materialet praktiskt för ett antal olika applikationer.
Forskarna inser också möjligheten att återvinna BioZEment.
"Detta kommer att resultera i mindre användning av råvaror, gör detta till ett mycket spännande forskningsområde för oss, "säger Balzer Le.
