Biomateriály a jejich místo ve stavebnictví

The term biomaterials is used to describe building materials derived from living organisms including plants, animals and fungi. Increasing knowledge about microbiology and synthetic biology techniques is now allowing innovative biomaterials to enter the market.

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. The biomaterials that are being explored for use in the construction industry are diverse and varied, each aiming to solve a different problem within the industry.

Biomateriály mají potenciál poskytnout stavební materiály následující výhody:

• Zachycování a skladování uhlíku extrahovaného z atmosférického CO₂ nedávnou fotosyntézou
• Udržitelná produkce jako plodiny pěstované každoročně nebo jako les s delším cyklem těžby.
• Biologická odbouratelnost na konci životnosti. (Řízený rozklad uvnitř anaerobního vyhnívacího zařízení by produkoval jak organické hnojivo, tak biometan jako zdroj energie)
• Nízké nebo téměř nulové lineární koeficienty tepelné roztažnosti
• Vlastnost řízení teploty a vlhkosti v uzavřených prostorách fázovými změnami vody v buňkách
• Vysoká difuzivita par a 'Fickian' rozptyl par
• Obvykle vysoká měrná tepelná kapacita
• Nízká tepelná difuzivita
• Často dobrý poměr výkonu k hmotnosti
• Lower embodied energy. 

Beton – Existují lepší možnosti?

Arguably the most commonly used material in the construction industry is also one of the most unsustainable. Concrete, serving as the backbone of most infrastructure, produces staggering amounts of carbon. It is estimated that around Vyrobí se 10 miliard tun betonu každý rok, přičemž cement (hlavní složka při míchání betonu) představuje 8 % roční spotřeby emise oxidu uhličitého po celém světě a spotřebovávají přibližně 10 % celosvětové pitné vody, podle Dosier.

Zatímco beton a cement nejsou udržitelné materiály, 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 taková společnost je bazilišek, kteří jsou v procesu uvedení „opravitelného betonu“ na trh zabudováním speciálních bakterií produkujících vápenec do betonu. Když se bakterie dostanou do kontaktu s vodou, například když vlhkost vstoupí do trhliny, spóry se aktivují, což vede k růstu mikroorganismů. Bakteriální spory jsou vytrvalí extrémofilové, schopný snášet teplo, sucho a chlad po léta uvnitř betonu.

By extending the lifespan of concrete, Basilisk can reduce the overall amount of concrete used thus making the material more sustainable. Despite the higher initial cost of self-healing concrete, Green Basilisk is working to convince the industry that the long-term savings in maintenance are well worth the expense.

„Můžeme snížit smršťovací výztuhy až o 50 %. To by znamenalo, že když do betonové směsi přidáme jen pět kilo baziliška, můžeme ušetřit až 30 kilo paliva na metr krychlový,“ řekl Marc Brants, manažer marketingu a účtů ve firmě. 

Další společnost je Biomason, a US-based company that grows cement through a biological process with a low carbon footprint. Their biocement technology grows in ambient temperatures, building with carbon and calcium to create controlled, structural cement. Where Portland cement is a calcium-silicate hydrate material that originally comes from liberating carbon from limestone through intensive heating, emitting carbon dioxide as a byproduct. Biomason "Biocement" is a reversal of this process, where carbon and calcium are combined to produce a biologically formed limestone material. This means that high heat and fossil fuels are not required in their process, and their materials use carbon as a building block.

Mycelium

Mycelium tvoří součást kořenové struktury hub a je také zkoumáno mnoha způsoby pro použití ve stavebnictví.

Biohm, britská společnost, v současné době vyvíjí izolační panel na bázi mycelia. Klíčovou výhodou mycelia je, že může být pěstováno na odpadních zemědělských produktech a je biologicky rozložitelné. Obsahuje také chitin, což je přírodní retardér hoření.

„To, na co se díváme, je založeno na této myšlence kruhovitosti... pokud bychom měli vzít materiál zpět, mohli bychom ho rozložit a poté vrátit do procesu růstu, když pěstujeme desku mycelia. To je něco, s čím také experimentujeme.“

Londýnská praxe Blast Studio vyvinula metodu pro 3D tisk s bydlením Mycelium a použil ji k vytvoření sloupce, pro který bylo možné sklízet houby předtím, než slouží jako konstrukční stavební prvek. Kolona byla zkonstruována smícháním mycelia se surovinou odpadních kávových kelímků shromážděných z okolí Londýna a jejím přivedením do na zakázku vyrobeného studeného extrudéru, podobného druhu používanému pro 3D tisk s hlínou. Blast Studio pracuje na rozšíření technologie pro tisk a pavilón and in the future, it hopes to construct entire buildings. Spoluzakladatelka Paola Garnousset said this could effectively allow cities to grow architektura z vlastního odpadu a zároveň zajišťují potravu pro své obyvatele.

Konopí

Darshil Shah, který vystupoval 15. díl podcastu Constructive Voices, pracuje s konopím jako biomateriálem. Konopí dokáže zachytit atmosférický uhlík dvakrát efektivněji as forests while providing carbon-negative biomaterials, with numerous studies estimating that hemp is one of the best CO2-to-biomass converters. Industrial hemp absorbs between 8 až 15 tun CO2 na hektar pěstování. Rychle rostoucí rostlina se po tisíce let pěstuje pro svá vlákna, která se tradičně používala na provazy, textilie a papír. Dnes se stále více používá k výrobě bioplastů, stavebních materiálů a biopaliv.

V rozhovoru s Dezeen, Shah říká:

„Silná, tuhá vlákna, která tvoří vnější stranu stonku, lze použít k výrobě bioplastových produktů včetně automobilových dílů a dokonce lopatek větrných turbín a obkladových panelů.“

Darshil Shah

"U konopných bioplastových obkladových panelů jsme zjistili, že jsou vhodnou alternativou k hliníkovým, bitumenoplastovým a pozinkovaným ocelovým panelům, které vyžadují pouze 15 až 60 procent energie na výrobu." Z pazdeří, které jsou dřevitou vnitřní částí stonku, lze vyrobit „konopný beton“, nenosnou výplň stěn a izolační materiál.

Konopí je také zkoumáno jako stavební materiál Polytechnický institut Rensselaer v USA, kde vynalezli alternativu k ocelové výztuži vyrobené z konopí. Nejen, že to sníží množství emisí uhlíku, ale tvrdí, že to zabrání problému koroze.

Steel is subject to corrosion and rusting, particularly in structures such as bridges, roads, seawalls and buildings and areas with in environments with high salt concentration, which significantly reduces its lifespan. In highly corrosive environments, lass fibre reinforced polymer (GFRP) rebar are often used instead, which has a high environmental impact.

Pokud již koroze nebyla faktorem, tým at Polytechnický institut Rensselaer věřte, že životnost na výztuži by být třikrát více než nyní. Toto prodloužení životnosti tedy ještě více sníží emise uhlíku.

Zatímco jejich konopná výztuž je nyní životaschopnou alternativou ke stávajícím produktům, očekávají, že tato technologie bude v budoucnu ještě účinnější, protože procesy extrakce se zdokonalují a rostliny se pěstují pro jejich vlákno.

Přestože již nějakou dobu existuje zájem o vývoj nových biomateriálů pro stavebnictví, stavebnictví je konzervativní a silně řízeno cenou, což znamená, že přijetí bylo pomalé. Rostoucí spotřebitelská poptávka po udržitelnosti však zvýšila zájem o tyto inovace, což má za následek více konkurenční prostředí pro stavební materiály. Zjistěte více o inovacích a postupech v rámci tohoto tématu s školení udržitelnosti zde.

Které z těchto materiálů začnete používat ve svých projektech?