Biomateriale en hul plek in die konstruksiebedryf

Die term biomateriale word gebruik om te beskryf Boumateriaal afgelei van lewende organismes, insluitend plante, diere en swamme. Toenemende kennis oor mikrobiologie en sintetiese biologietegnieke laat nou innoverende biomateriale toe om die mark te betree.

Met die konstruksie bedryf verantwoordelik vir 40% van globale CO2-vrystellings, val die verantwoordelikheid op die bedryf om dramatiese veranderinge aan te bring om sy volhoubaarheid. Nuwe biomateriale word geskep deur gebruik te maak van afvalprodukte en mikrobes om hierdie ekologiese probleme op te los, met hout of plant-gebaseerde materiaal wat netto koolstofsinks is. Die biomateriale wat ondersoek word vir gebruik in die konstruksie bedryf is uiteenlopend en gevarieerd, elkeen poog om 'n ander probleem binne die bedryf op te los.

Biomateriale het die potensiaal om konstruksiemateriaal van te voorsien die volgende voordele:

• Opvang en berging van koolstof onttrek uit atmosferiese CO₂ deur onlangse fotosintese
• Volhoubare produksie as gewasse wat jaarliks verbou word of as bos met 'n langer oessiklus.
• Bioafbreekbaarheid aan die einde van die lewe. (Beheerde verval binne 'n anaërobiese verteerder sal beide organiese kunsmis en bio-metaan produseer om energie te verskaf)
• Lae of byna nul lineêre koëffisiënte van termiese uitsetting
• Die eienskap om temperatuur en humiditeit in geslote ruimtes te beheer deur faseveranderinge van water in selle
• Hoë dampdiffusiwiteit en 'Fickian' dampverspreiding
• Gewoonlik hoë spesifieke hittekapasiteit
• Lae termiese diffusiwiteit
• Dikwels goeie prestasie-tot-gewig verhoudings
• Laer beliggaamde energie. 

Beton – Is daar beter opsies?

Die materiaal wat die meeste in die konstruksiebedryf gebruik word, is waarskynlik ook een van die mees onvolhoubare. Beton, wat dien as die ruggraat van die meeste infrastruktuur, produseer verstommende hoeveelhede koolstof. Daar word beraam dat ongeveer 10 miljard ton beton word geproduseer elke jaar, met sement (’n hoofelement in die meng van beton), wat 8% van die jaarlikse uitmaak koolstofvrystellings regoor die wêreld, en gebruik ongeveer 10% van die wêreld se drinkwater, volgens Dosier.

Terwyl beton en sement is nie volhoubare materiale, die konstruksiebedryf gaan nie oornag ophou om dit te gebruik nie. Om hierdie feit aan te spreek, is daar baie maatskappye wat ontwerp en die vervaardiging van alternatiewe vir tradisionele Portland-gebaseerde sement, in 'n poging om die verbruik daarvan te verminder impak op die omgewing.

Een so 'n maatskappy is basilisk, wat in die proses is om "herstelbare beton" na die mark te bring deur spesiale kalksteen-produserende bakterieë in beton in te bed. Wanneer die bakterieë met water in aanraking kom, soos wanneer vog 'n kraak binnedring, word die spore geaktiveer, wat lei tot 'n groei van die mikro-organismes. Die bakteriese spore is geharde ekstremofiele, in staat om hitte, droogte en koue vir jare in die beton te verduur.

Deur die lewensduur van beton te verleng, kan Basilisk die totale hoeveelheid beton wat gebruik word, verminder en sodoende die materiaal meer volhoubaar maak. Ten spyte van die hoër aanvanklike koste van selfgenesende beton, groen Basilisk werk daaraan om die bedryf te oortuig dat die langtermynbesparings in onderhoud die koste werd is.

“Ons kan krimpversterkings met tot 50% verminder. Dit sou beteken dat as ons net vyf kilo Basilisk by die betonmengsel voeg, ons tot 30 kilo brandstof per kubieke meter kan bespaar.” sê Marc Brants, bemarkings- en rekeningbestuurder by die firma. 

'n Ander maatskappy is Biomesselaar, 'n VSA-gebaseerde maatskappy wat sement verbou deur 'n biologiese proses met 'n lae koolstofvoetspoor. Hul biosementtegnologie groei in omgewingstemperature en bou met koolstof en kalsium om beheerde, strukturele sement te skep. Waar Portland sement 'n kalsium-silikaathidraatmateriaal is wat oorspronklik afkomstig is van die vrystelling van koolstof uit kalksteen deur intensiewe verhitting, wat koolstofdioksied as 'n neweproduk vrystel. Die Biomason "Biocement" is 'n omkering van hierdie proses, waar koolstof en kalsium gekombineer word om 'n biologies gevormde kalksteenmateriaal te produseer. Dit beteken dat hoë hitte en fossiel brandstowwe word nie in hul proses benodig nie, en hul materiale gebruik koolstof as 'n boublok.

miselium

Miselium vorm deel van die wortelstruktuur van sampioene en word ook op verskeie maniere ondersoek vir gebruik in die konstruksiesektor.

Biohm, 'n Britse maatskappy, ontwikkel tans 'n miselium-gebaseerde isolasie paneel. 'n Belangrike voordeel van miselium is dat dit op afval-landbouprodukte gekweek kan word en bioafbreekbaar is. Dit bevat ook chitien, wat 'n natuurlike brandvertrager is.

“Waarna ons kyk, bou voort op hierdie idee van sirkelvormigheid … as ons die materiaal sou terugneem, kan ons dit afbreek en dit dan weer in die groeiproses plaas wanneer ons die miseliumruit laat groei. Dit is iets waarmee ons ook eksperimenteer.”

Londen oefen Blast Studio het 'n metode ontwikkel vir 3D-drukwerk met lewe miselium en dit gebruik om 'n kolom te vorm waarvoor geoes kan word sampioene voordat dit as 'n strukturele bouelement dien. Die kolom is gebou deur miselium te meng met 'n grondstof van afvalkoffiekoppies wat van regoor Londen versamel is en dit in 'n pasgemaakte koue-ekstruder in te voer, soortgelyk aan die soort wat vir 3D-drukwerk met klei gebruik word. Blast Studio is besig om die tegnologie op te skaal om 'n te druk paviljoen en in die toekoms hoop dit om die hele geboue. Medestigter Paola Garnousset sêd dit effektief kan toelaat stede om te groei argitektuur uit hul eie afval terwyl hulle voedsel vir hul inwoners voorsien.

Hemp

Darshil Shah, wat op Episode 15 van die Constructive Voices-podcast, werk met hennep as 'n biomateriaal. Hennep kan atmosferiese koolstof twee keer so effektief opvang as woude terwyl koolstofnegatiewe biomateriale verskaf word, met talle studies wat beraam dat hennep een van die beste CO2-na-biomassa-omsetters is. Industriële hennep absorbeer tussen 8 tot 15 ton CO2 per hektaar verbouing. Die snelgroeiende plant word al duisende jare lank gekweek vir sy vesels, wat tradisioneel vir tou, tekstiel en papier gebruik is. Vandag word dit toenemend gebruik om bioplastiek, konstruksiemateriaal en biobrandstof te maak.

In 'n onderhoud met Dezeen, Shah sê:

"Die sterk, stywe vesels wat die buitekant van die stam vorm, kan gebruik word om bioplastiese produkte te vervaardig, insluitend motoronderdele en selfs windturbinelemme en bekledingspanele."

Darshil Shah

"Met die hennep-bioplastiese bekledingspanele vind ons dat dit 'n geskikte alternatief vir aluminium-, bitumen-plastiek- en gegalvaniseerde staalpanele is, wat slegs 15 tot 60 persent van die energie in die produksie daarvan benodig." Die korwe, wat die houtagtige binneste deel van die stam is, kan gebruik word om "hempcrete" te maak, 'n nie-draende muurvulling en isolasiemateriaal.

Hennep word ook as konstruksiemateriaal by die Rensselaer Polytechnic Institute in die VSA, waar hulle 'n alternatief uitgevind het vir staalwapening wat met hennep gemaak is. Dit sal nie net die hoeveelheid koolstofvrystellings verminder nie, hulle beweer dat dit die probleem van korrosie sal vermy.

Staal is onderhewig aan korrosie en roes, veral in strukture soos brûe, paaie, seewalle en geboue en gebiede met in omgewings met hoë soutkonsentrasie, wat sy lewensduur aansienlik verminder. In hoogs korrosiewe omgewings word daar dikwels in plaas daarvan gebruik gemaak van glasveselversterkte polimeer (GFRP), wat 'n hoë omgewingsimpak.

As daar korrosie nie meer 'n faktor was nie, het die span by Rensselaer Polytechnic Institute glo dat die lewensduur op die stawe sou drie keer meer wees as wat dit nou is. Hierdie toename in dienslewe sal dus die koolstofvrystellings nog verder verminder.

Terwyl hul hennepstaaf nou 'n lewensvatbare alternatief vir bestaande produkte is, verwag hulle dat die tegnologie in die toekoms selfs meer doeltreffend sal word namate onttrekkingsprosesse verfyn word en plante vir hul vesel geteel word.

Alhoewel daar al 'n geruime tyd belangstelling in die ontwikkeling van nuwe biomateriale vir bou is, is die boubedryf konserwatief en sterk prysgedrewe, wat beteken dat aanvaarding stadig was. Die toenemende verbruikersvraag na volhoubaarheid het egter belangstelling in hierdie innovasies verhoog, wat 'n meer mededingende omgewing vir boumateriaal tot gevolg het. Kom meer te wete oor innovasies en praktyke binne hierdie onderwerp met volhoubaarheidsopleiding hier afgelaai word.

Watter van hierdie materiale gaan jy in jou projekte begin gebruik?