Biomaterialer og deres plads i byggebranchen

Udtrykket biomaterialer bruges til at beskrive byggematerialer, der stammer fra levende organismer, herunder planter, dyr og svampe. Øget viden om mikrobiologi og syntetiske biologi-teknikker gør det nu muligt for innovative biomaterialer at komme ind på markedet.

Med opbygge industri, der er ansvarlig for 40 % af de globale CO2-emissioner, påhviler ansvaret industrien for at foretage dramatiske ændringer for at forbedre sin bæredygtighed. Nye biomaterialer bliver skabt ved hjælp af affaldsprodukter og mikrober til at løse disse økologiske problemer, hvor træ eller plantebaserede materialer er netto kulstofdræn. De biomaterialer, der udforskes til brug i byggebranchen er forskelligartede og varierede, der hver sigter mod at løse et andet problem inden for branchen.

Biomaterialer har potentiale til at forsyne byggematerialer med følgende fordele:

• Opsamling og opbevaring af kulstof udvundet fra atmosfærisk CO₂ ved nylig fotosyntese
• bæredygtig produktion som afgrøder dyrket årligt eller som skov med længere høstcyklus.
• Biologisk nedbrydelighed ved endt levetid. (Kontrolleret henfald inde i en anaerob rådnetank ville producere både organisk gødning og bio-methan til at levere energi)
• Lave eller næsten nul lineære koefficienter for termisk udvidelse
• Egenskaben til at kontrollere temperatur og fugtighed i lukkede rum ved faseændringer af vand i celler
• Høj dampdiffusion og 'Fickian' dampspredning
• Normalt høj specifik varmekapacitet
• Lav termisk diffusivitet
• Ofte gode præstations-til-vægt-forhold
• Lavere legemliggjort energi. 

Beton – Er der bedre muligheder?

Det mest almindeligt anvendte materiale i byggebranchen er uden tvivl også et af de mest uholdbare. Beton, der fungerer som rygraden i de fleste infrastrukturer, producerer svimlende mængder kulstof. Det anslås, at ca Der produceres 10 milliarder tons beton hvert år med cement (et hovedelement i blanding af beton), der tegner sig for 8 % af de årlige kulstofemissioner rundt om i verden, og bruger omkring 10 % af det globale drikkevand, ifølge Dosier.

Mens beton og cement ikke er det bæredygtige materialer, kommer byggebranchen ikke til at stoppe med at bruge det natten over. For at imødegå dette faktum er der mange virksomheder, der designer og producerer alternativer til traditionel Portland-baseret cement i et forsøg på at reducere dets indvirkning på miljøet.

Et sådant selskab er basilisk, som er i gang med at bringe "reparerbar beton" på markedet ved at indlejre særlige kalkstensproducerende bakterier i beton. Når bakterierne kommer i kontakt med vand, som når fugt kommer ind i en revne, aktiveres sporerne, hvilket fører til vækst af mikroorganismerne. Bakteriesporerne er hårdføre ekstremofiler, i stand til at udholde varme, tørke og kulde i årevis inde i betonen.

Ved at forlænge betonens levetid kan Basilisk reducere den samlede mængde beton, der bruges, og dermed gøre materialet mere bæredygtigt. På trods af de højere startomkostninger ved selvhelbredende beton, arbejder Green Basilisk på at overbevise industrien om, at de langsigtede besparelser i vedligeholdelse er pengene værd.

”Vi kan reducere krympearmeringer med op til 50 %. Det ville betyde, at hvis vi blot tilføjer fem kilo Basilisk til betonblandingen, kan vi spare op til 30 kilo brændstof pr. sagde Marc Brants, marketing- og regnskabschef i firmaet. 

Et andet firma er Biomurer, en amerikansk-baseret virksomhed, der dyrker cement gennem en biologisk proces med en lav carbonspor. Deres biocementteknologi vokser i omgivende temperaturer og bygger med kulstof og calcium for at skabe kontrolleret, strukturel cement. Hvor Portland-cement er et calcium-silikat-hydratmateriale, der oprindeligt kommer fra at frigøre kulstof fra kalksten gennem intensiv opvarmning og udsende kuldioxid som et biprodukt. Biomureren "Biocement" er en vending af denne proces, hvor kulstof og calcium kombineres for at producere et biologisk dannet kalkstensmateriale. Det betyder, at høj varme og fossile brændstoffer ikke er nødvendige i deres proces, og deres materialer bruger kulstof som byggesten.

Mycelium

Mycelium er en del af svampenes rodstruktur og udforskes også på en række måder til brug i byggesektoren.

Biohm, en britisk baseret virksomhed, er i øjeblikket ved at udvikle et mycelium-baseret isoleringspanel. En vigtig fordel ved mycelium er, at det kan dyrkes på affald fra landbrugsprodukter og er biologisk nedbrydeligt. Det indeholder også kitin, som er et naturligt brandhæmmende middel.

London praksis Blast Studio har udviklet en metode til 3D-print med living mycelium og brugte den til at danne en søjle, der kunne høstes til svampe før den fungerer som et bygningselement. Søjlen blev konstrueret ved at blande mycelium med et råmateriale af spildkaffekopper indsamlet fra omkring London og føre det ind i en specialfremstillet kold ekstruder, svarende til den slags, der bruges til 3D-print med ler. Blast Studio arbejder på at opskalere teknologien til at printe en pavillon og i fremtiden håber man at opføre hele bygninger. Medstifter Paola Garnousset said dette effektivt kunne tillade byer at dyrke arkitektur fra deres eget affald og samtidig sørge for mad til deres indbyggere.

Hamp

Darshil Shah, der medvirkede på Afsnit 15 af Constructive Voices podcast, arbejder med hamp som biomateriale. Hamp kan fange atmosfærisk kulstof dobbelt så effektivt as skove samtidig med at de leverer kulstofnegative biomaterialer, hvor adskillige undersøgelser vurderer, at hamp er en af ​​de bedste omdannere af CO2 til biomasse. Industriel hamp absorberer mellem 8 til 15 tons CO2 pr hektar dyrkning. Den hurtigt voksende plante er blevet dyrket i tusinder af år for sine fibre, som traditionelt blev brugt til reb, tekstiler og papir. I dag bliver det i stigende grad brugt til fremstilling af bioplast, byggematerialer og biobrændstoffer.

I et interview med Dezeen, Shah siger:

"De stærke, stive fibre, der danner ydersiden af ​​stilken, kan bruges til at producere bioplastprodukter, herunder autodele og endda vindmøllevinger og beklædningspaneler"

Darshil Shah

"Med hamp bioplast beklædningspaneler finder vi, at de er et velegnet alternativ til aluminium, bitumenplast og galvaniserede stålpaneler, der kun kræver 15 til 60 procent af energien i produktionen." Skivene, som er den træagtige indre del af stilken, kan bruges til at lave "hampcrete", et ikke-bærende vægfyldnings- og isoleringsmateriale.

Hamp er også ved at blive undersøgt som byggemateriale på Rensselaer Polytechnic Institute i USA, hvor de har opfundet et alternativ til armeringsjern fremstillet ved hjælp af hamp. Ikke alene vil det reducere mængden af ​​kulstofemissioner, de hævder, at det vil undgå problemet med korrosion.

Stål er udsat for korrosion og rust, især i strukturer som broer, veje, strandvolde og bygninger og områder med i miljøer med høj saltkoncentration, hvilket reducerer dets levetid betydeligt. I stærkt korrosive miljøer bruges der ofte i stedet for armeringsjern i glasfiberforstærket polymer (GFRP), som har en høj miljømæssig påvirkning.

Hvis der ikke længere var korrosion en faktor, holdet kl Rensselaer Polytechnic Institute tror, ​​at levetiden på armeringsjernene ville være tre gange mere, end det er nu. Denne forlængelse af levetiden vil derfor reducere kulstofemissionerne yderligere.

Mens deres hamp armeringsjern er et levedygtigt alternativ til eksisterende produkter nu, forventer de, at teknologien bliver endnu mere effektiv i fremtiden, efterhånden som ekstraktionsprocesser forfines og planter avles til deres fibre.

Selvom der har været interesse for at udvikle nye biomaterialer til byggeri i nogen tid, er byggebranchen konservativ og stærkt prisdrevet, hvilket betyder, at accepten har været langsom. Den stigende forbrugerefterspørgsel efter bæredygtighed har dog øget interessen for disse innovationer, hvilket har resulteret i et mere konkurrencedygtigt miljø for byggematerialer. Lær mere om innovationer og praksis inden for dette emne med bæredygtighedstræning her.

Hvilket af disse materialer vil du begynde at bruge i dine projekter?