Biomaterijali i njihovo mjesto u građevinskoj industriji

Termin biomaterijali se koristi za opisivanje građevinskih materijala koji potiču od živih organizama uključujući biljke, životinje i gljive. Povećanje znanja o mikrobiologiji i tehnikama sintetičke biologije sada omogućava inovativnim biomaterijalima da uđu na tržište.

With the construction industry responsible for 40% of global CO2 emissions, responsibility falls on the industry to make dramatic changes to improve its sustainability. New biomaterials are being created using waste products and microbes to solve these ecological problems, with timber or plant-based materials being net carbon sinks. Biomaterijali koji se istražuju za upotrebu u građevinskoj industriji su raznoliki i raznoliki, a svaki ima za cilj rješavanje različitog problema unutar industrije.

Biomaterijali imaju potencijal da obezbede građevinski materijal sljedeće pogodnosti:

• Hvatanje i skladištenje ugljika ekstrahovanog iz atmosferskog CO₂ nedavnom fotosintezom
• Održiva proizvodnja kao usjevi koji se uzgajaju godišnje ili kao šume s dužim ciklusom žetve.
• Biorazgradljivost na kraju životnog veka. (Kontrolirano raspadanje unutar anaerobnog digestora proizvelo bi i organsko gnojivo i bio-metan za opskrbu energijom)
• Niski ili gotovo nulti linearni koeficijenti toplinskog širenja
• Svojstvo kontrole temperature i vlažnosti u zatvorenim prostorima faznim promjenama vode u ćelijama
• Visoka difuzivnost pare i 'Fickian' disperzija pare
• Obično visok specifični toplotni kapacitet
• Niska termička difuzivnost
• Često dobri omjeri performansi i težine
• Niža utjelovljena energija. 

Beton – postoje li bolje opcije?

Vjerovatno najčešće korišteni materijal u građevinskoj industriji ujedno je i jedan od najneodrživijih. Beton, koji služi kao okosnica većine infrastrukture, proizvodi zapanjujuće količine ugljika. Procjenjuje se da oko Proizvedeno je 10 milijardi tona betona svake godine, s cementom (glavnim elementom u miješanju betona), što čini 8% godišnje emisije ugljenika širom svijeta i koristeći oko 10% globalne vode za piće, prema Dosijeu.

Dok beton i cement nisu održivi materijali, the construction industry is not going to stop using it over night. To address this fact, there are many companies who are designing and producing alternatives to traditional Portland-based cement, in an attempt to reduce its impact on the environment.

Jedna takva kompanija je bazilisk, koji su u procesu dovođenja „betona koji se može popraviti” na tržište ugradnjom posebnih bakterija koje proizvode krečnjak u beton. Kada bakterija dođe u kontakt s vodom, na primjer kada vlaga uđe u pukotinu, spore se aktiviraju, što dovodi do rasta mikroorganizama. Spore bakterija su izdržljivi ekstremofili, sposoban da izdrži vrućinu, sušu i hladnoću godinama unutar betona.

Produženjem životnog vijeka betona, Basilisk može smanjiti ukupnu količinu korištenog betona, čineći materijal održivijim. Uprkos višoj početnoj ceni samozaleđujućeg betona, Green Basilisk radi na tome da ubedi industriju da su dugoročne uštede u održavanju itekako vredne troškova.

“Možemo smanjiti skupljanje ojačanja do 50%. To bi značilo da ako samo dodamo pet kilograma baziliska u betonsku mješavinu, možemo uštedjeti do 30 kilograma goriva po kubnom metru. rekao je Marc Brants, menadžer marketinga i računa u firmi. 

Druga kompanija je Biomason, kompanija sa sjedištem u SAD-u koja uzgaja cement kroz biološki proces s niskim ugljičnim otiskom. Njihova tehnologija biocementa raste na temperaturama okoline, grade se ugljikom i kalcijem kako bi se stvorio kontrolirani, strukturalni cement. Gdje je Portland cement kalcij-silikat hidratni materijal koji izvorno nastaje oslobađanjem ugljika iz krečnjaka kroz intenzivno zagrijavanje, emitujući ugljični dioksid kao nusproizvod. Biomason "Biocement" je preokret ovog procesa, gdje se ugljik i kalcij kombiniraju kako bi se dobio biološki formiran krečnjački materijal. To znači da u njihovom procesu nisu potrebna visoka toplina i fosilna goriva, a njihovi materijali koriste ugljik kao gradivni blok.

Micelij

Micelijum čini dio strukture korijena gljiva i također se istražuje na više načina za upotrebu u građevinskom sektoru.

Biohm, kompanija sa sjedištem u Velikoj Britaniji, trenutno razvija izolacijsku ploču na bazi micelija. Ključna prednost micelija je što se može uzgajati na otpadnim poljoprivrednim proizvodima i biorazgradiv je. Sadrži i hitin, koji je prirodni usporivač vatre.

“Ono što gledamo je izgradnja na ovoj ideji kružnosti... ako bismo vratili materijal, mogli bismo ga razbiti i zatim ga vratiti u proces rasta kada uzgajamo micelijsku ploču. To je nešto sa čime i mi eksperimentišemo.”

Londonska praksa Blast Studio je razvio metodu za 3D štampanje sa življenjem micelij i koristio ga za formiranje kolone za koju bi se moglo sakupljati Pečurke prije nego što posluži kao strukturni građevinski element. Kolona je konstruisana mešanjem micelija sa sirovinom otpadnih šoljica za kafu prikupljenih iz okoline Londona i ubacivanjem u hladni ekstruder po meri, sličan onom koji se koristi za 3D štampanje sa glinom. Blast Studio radi na povećanju tehnologije za štampanje a paviljon a u budućnosti se nada da će izgraditi čitave zgrade. Suosnivač Paola Garnousset said this could effectively allow cities to grow arhitektura od vlastitog otpada, a istovremeno osiguravaju hranu za svoje stanovnike.

Konoplja

Darshil Shah, koji se pojavio na 15. epizoda podcasta Constructive Voices, radi sa konopljom kao biomaterijalom. Konoplja može dvostruko efikasnije uhvatiti atmosferski ugljik kao šume, istovremeno osiguravajući biomaterijale negativne na ugljik, uz brojne studije koje procjenjuju da je konoplja jedan od najboljih pretvarača CO2 u biomasu. Industrijska konoplja upija između 8 do 15 tona CO2 po hektaru uzgoja. Ova brzorastuća biljka uzgaja se hiljadama godina zbog svojih vlakana, koja su se tradicionalno koristila za konopac, tekstil i papir. Danas se sve više koristi za proizvodnju bioplastike, građevinskih materijala i biogoriva.

U intervjuu dezeen, Shah kaže:

“Snažna, čvrsta vlakna koja formiraju vanjsku stranu stabljike mogu se koristiti za proizvodnju bioplastičnih proizvoda, uključujući dijelove automobila, pa čak i lopatice vjetroturbina i ploče za oblaganje”

Darshil Shah

“Sa pločama za oblaganje od bioplastike od konoplje, smatramo da su prikladna alternativa pločama od aluminija, bitumen-plastike i pocinčanog čelika, koje zahtijevaju samo 15 do 60 posto energije u svojoj proizvodnji.” Oštrice, koje su drvenasti unutrašnji dio stabljike, mogu se koristiti za izradu "konopljinog betona", nenosive zidne ispune i izolacijskog materijala.

Konoplja se takođe istražuje kao građevinski materijal na Rensselaer Polytechnic Institute u SAD-u, gdje su izmislili alternativu čeličnoj armaturnoj šipki napravljenoj od konoplje. Ne samo da će smanjiti količinu emisije ugljika, oni tvrde da će izbjeći problem korozije.

Čelik je podložan koroziji i rđenju, posebno u konstrukcijama kao što su mostovi, putevi, morski zidovi i zgrade i područja u okruženjima s visokom koncentracijom soli, što značajno skraćuje njegov vijek trajanja. U visoko korozivnim okruženjima, umjesto njih se često koristi armatura ojačana vlaknima od polimera (GFRP), koja ima veliki utjecaj na okoliš.

Ako korozija više nije faktor, tim na Rensselaer Polytechnic Institute vjerujem da bi vijek trajanja armature biti tri puta više nego što je sada. Ovo povećanje vijeka trajanja će stoga još više smanjiti emisije ugljika.

Iako je njihova šipka od konoplje sada održiva alternativa postojećim proizvodima, oni očekuju da će tehnologija postati još efikasnija u budućnosti kako se procesi ekstrakcije budu rafinirali i biljke uzgajale za njihova vlakna.

Iako već neko vrijeme postoji interes za razvoj novih biomaterijala za gradnju, građevinska industrija je konzervativna i snažno vođena cijenama, što znači da je prihvatanje sporo. Međutim, sve veća potražnja potrošača za održivošću povećala je interes za ove inovacije, što je rezultiralo konkurentnijim okruženjem za građevinske materijale. Saznajte više o inovacijama i praksama u okviru ove teme sa obuka o održivosti ovdje.

Koji od ovih materijala ćete početi koristiti u svojim projektima?