EPFL spin-off Medusoil har framgångsrikt testat sin markstabiliseringsprocess på klippor utsatta för yterosion. Företagets biomineralbaserade lösning kan användas för att stabilisera sand- och grusunderlag för att säkra omgivande infrastruktur. Det är ett långvarigt och lättanvänt alternativ till industriella vätskor - vars produktion och användning kan vara skadlig för miljön. Startupen är nu redo att skala upp produktionen.

Jord erosion, jordskred, stigande havsnivåer och andra konsekvenser av extrema väderförhållanden kan försvaga marken som omger infrastrukturen. För att behålla sin strukturella integritet, undergrunden måste ofta stabiliseras. Befintliga lösningar, som vanligtvis använder cement, kalk eller industrihartser, ger inte nödvändigtvis långsiktig stabilitet och har ofta en farlig effekt på markkvaliteten med mikroplast och giftiga ämnen eller genom att höja grundvattenalkaliteten över acceptabla nivåer.

Medusoil, en EPFL spin-off, är det första företaget i världen att utveckla en jordstabiliseringslösning som utnyttjar – och accelererar – en naturlig process:den genererar mineralkalcit, ett kraftfullt bindemedel som härdar jord på mikroskopisk nivå. Lösningen är snabb, billigt och förbrukar lite energi. Företaget har framgångsrikt testat sin teknik på eroderande klippor i kantonen Vaud. Man har också inrättat en anläggning för att massproducera sitt jordstabiliseringsmedel samt en mobil injektionsenhet som kan skickas till byggarbetsplatser.

Använda mikroorganismer som utlösande medel

tar avstamp från naturen, mineraliseringsprocessen skapar kalcitkristaller, som fast binder ihop grus- eller sandpartiklarna. För det utlösande medlet, forskarna använde Sporosarcina pasteurii -mikroorganismer, som de frystorkade för enklare hantering. När de kombineras med ureamolekyler, mikroorganismerna frigör karbonat, som binder till kalcium och bildar kristaller. Kristallerna fäster vid partiklar i marken och växer i antal och storlek - i vissa fall når de flera hundra mikrometer i diameter. Urease, ett enzym som frigörs som en del av mikroorganismens matsmältningsprocess, accelererar reaktionen, gör det till 1, 000 gånger snabbare än i naturen. Och slutprodukten uppnås på några dagar eller till och med timmar.

Tester i verkligheten

Medusoil-teamet kom fram till de mest lovande vätskekompositionerna vid EPFL:s Laboratory of Soil Mechanics och började sedan testa dem under verkliga förhållanden 2018. Ett av pilotprojekten var att förstärka en sandstensklippa som hade blivit instabil till följd av ytan erosion orsakad av vind och av regnavrinning som påverkade de fina jordpartiklarna. "Under dessa tester vi kunde konsolidera jorden i målzonen och göra den tätare, därigenom förbättra dess stabilitet, "säger Dimitrios Terzis, företagets VD. Testresultaten bekräftades av geofysiska mätningar, inklusive seismiska undersökningar, där stötvågor som skickades genom marken färdades nästan dubbelt så snabbt efter mineraliseringsprocessen (se figur 1). Det är en tydlig indikation på att marken är mer kompakt och mindre känslig för skador i händelse av en jordbävning.

Medusoils lösning är lätt att applicera. Mineraliseringsblandningen injiceras i marken med jämna mellanrum genom rör. Det reagerar när det kommer i kontakt med kalcium och bildar kalcit, huvudkomponenten i många typer av sedimentära bergarter, under ytan. Resultaten är redan uppenbara bara några timmar senare. Processen kan även skalas till behoven i markförstärknings- och byggprojekt. Små mängder kalcit genererar tillräckligt med partikelförmåga för att motstå skjuvpåkänningar orsakade av en större jordbävning; de kan också stabilisera sluttningar eller stötta upp befintliga fundament. Med högre nivåer av kalcit, biomineralerna kan fungera som konstruktionsmaterial eller användas för markförsegling.