Biomaterialien und ihr Platz in der Bauindustrie

Die Biomaterialien wird zur Beschreibung von Baumaterialien verwendet, die aus lebenden Organismen wie Pflanzen, Tieren und Pilzen gewonnen werden. Dank zunehmender Kenntnisse über Mikrobiologie und synthetische Biotechniken können nun innovative Biomaterialien auf den Markt kommen.

Mit der Baugewerbe Industrie, die für 40 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich ist, liegt die Verantwortung bei der Industrie, dramatische Veränderungen vorzunehmen, um ihre Nachhaltigkeit. Um diese ökologischen Probleme zu lösen, werden aus Abfallprodukten und Mikroben neue Biomaterialien hergestellt, wobei Holz und pflanzliche Materialien zu Netto-Kohlenstoffsenken werden. Die Biomaterialien, die für den Einsatz in der Bauindustrie sind vielfältig und unterschiedlich und zielen jeweils darauf ab, ein anderes Problem innerhalb der Branche zu lösen.

Biomaterialien haben das Potenzial, Baumaterialien mit die folgenden Vorteile:

• Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff aus atmosphärischem CO₂ durch rezente Photosynthese
• Nachhaltige Produktion als jährlich angebaute Nutzpflanzen oder als Wald mit längeren Erntezyklen.
• Biologische Abbaubarkeit am Ende der Lebensdauer. (Kontrollierter Zerfall in einem anaeroben Fermenter würde sowohl organischen Dünger als auch Biomethan zur Energieversorgung produzieren.)
• Niedriger oder nahezu null linearer Wärmeausdehnungskoeffizient
• Die Eigenschaft, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in geschlossenen Räumen durch Phasenänderungen von Wasser in Zellen zu regulieren
• Hohe Dampfdiffusionsfähigkeit und „Ficksche“ Dampfausbreitung
• Normalerweise hohe spezifische Wärmekapazität
• Geringe Wärmeleitfähigkeit
• Oftmals gutes Leistungs-Gewichts-Verhältnis
• Geringere graue Energie. 

Beton – Gibt es bessere Optionen?

Das wohl am häufigsten verwendete Material in der Bauindustrie ist zugleich eines der am wenigsten nachhaltigen. Beton, das Rückgrat der meisten Infrastrukturen, produziert enorme Mengen an Kohlenstoff. Schätzungen zufolge werden rund 10 Milliarden Tonnen Beton werden produziert Zement (ein Hauptbestandteil von Beton) verursacht jedes Jahr 8 % der jährlichen CO10-Emissionen weltweit und verbraucht etwa XNUMX % des weltweiten Trinkwassers. laut Dosier.

Während Beton und Zement nicht nachhaltige Materialien, wird die Bauindustrie nicht über Nacht aufhören, ihn zu verwenden. Um dieser Tatsache Rechnung zu tragen, gibt es viele Unternehmen, die Alternativen zum traditionellen Portlandzement entwickeln und produzieren, um dessen Kosten zu senken. Einfluss auf auf die Umwelt.

Eine solche Firma ist Basilisk, die gerade dabei sind, „reparierbaren Beton“ auf den Markt zu bringen, indem sie spezielle Kalkstein produzierende Bakterien in Beton einbetten. Wenn die Bakterien mit Wasser in Kontakt kommen, beispielsweise wenn Feuchtigkeit in einen Riss eindringt, werden die Sporen aktiviert, was zu einem Wachstum der Mikroorganismen führt. Die Bakteriensporen sind robuste Extremophile, die im Beton jahrelang Hitze, Trockenheit und Kälte überstehen können.

Durch die Verlängerung der Lebensdauer von Beton kann Basilisk die Gesamtmenge des verwendeten Betons reduzieren und so das Material nachhaltiger machen. Trotz der höheren Anschaffungskosten von selbstheilendem Beton arbeitet Green Basilisk daran, die Branche davon zu überzeugen, dass die langfristigen Einsparungen bei der Wartung die Kosten durchaus wert sind.

„Wir können die Schwindbewehrung um bis zu 50 % reduzieren. Das bedeutet, dass wir, wenn wir der Betonmischung nur fünf Kilo Basilisk beifügen, bis zu 30 Kilo Brennstoff pro Kubikmeter einsparen können“, sagte Marc Brants, Marketing- und Account-Manager des Unternehmens. 

Ein anderes Unternehmen ist Biomaurer, ein US-Unternehmen, das Zement durch einen biologischen Prozess mit geringer Carbon Footprint. Ihre Biozement-Technologie wächst bei Umgebungstemperaturen und baut mit Kohlenstoff und Kalzium zu kontrolliertem Strukturzement. Portlandzement hingegen ist ein Calciumsilikathydratmaterial, das ursprünglich durch die Freisetzung von Kohlenstoff aus Kalkstein durch intensives Erhitzen entsteht, wobei Kohlendioxid als Nebenprodukt freigesetzt wird. Der Biomason „Biozement“ ist eine Umkehrung dieses Prozesses, bei der Kohlenstoff und Kalzium kombiniert werden, um ein biologisch geformtes Kalksteinmaterial zu erzeugen. Dies bedeutet, dass bei ihrem Verfahren keine hohen Temperaturen und fossilen Brennstoffe erforderlich sind und ihre Materialien Kohlenstoff als Baustein verwenden.

Myzel

Myzel ist ein Bestandteil des Wurzelwerks von Pilzen und wird auch für die Anwendung im Baubereich vielfältig erforscht.

Biohm, ein in Großbritannien ansässiges Unternehmen, entwickelt derzeit eine Dämmplatte auf Myzelbasis. Ein wesentlicher Vorteil von Myzel ist, dass es auf landwirtschaftlichen Abfallprodukten angebaut werden kann und biologisch abbaubar ist. Es enthält außerdem Chitin, ein natürliches Flammschutzmittel.

„Wir wollen auf dieser Idee der Zirkularität aufbauen … wenn wir das Material zurücknehmen, könnten wir es zerlegen und es dann wieder in den Wachstumsprozess einbringen, wenn wir die Myzelplatte züchten. Auch damit experimentieren wir.“

Londoner Praxis Explosionsstudio hat eine Methode für den 3D-Druck mit lebenden Myzel und formte daraus eine Säule, die geerntet werden konnte für Pilze bevor sie als strukturelles Bauelement diente. Die Säule wurde konstruiert, indem Myzel mit einem Ausgangsmaterial aus Kaffeebechern aus der Umgebung von London vermischt und in einen speziell angefertigten Kaltextruder eingeführt wurde, ähnlich dem, der für den 3D-Druck mit Ton verwendet wird. Explosionsstudio arbeitet an der Weiterentwicklung der Technologie zum Drucken eines Pavillon Und in der Zukunft hofft man, ganze Gebäude bauen zu können. Mitbegründerin Paola Garnousset sagted dies könnte effektiv ermöglichen Städte aus ihrem eigenen Abfall Architektur wachsen zu lassen und gleichzeitig ihre Bewohner mit Nahrung zu versorgen.

Hanf

Darshil Shah, der auf Folge 15 des Podcasts „Constructive Voices“, arbeitet mit Hanf als Biowerkstoff. Hanf kann atmosphärischen Kohlenstoff doppelt so effektiv binden as Wäldern Gleichzeitig liefert es kohlenstoffnegative Biomaterialien. Zahlreiche Studien gehen davon aus, dass Hanf einer der besten CO2-zu-Biomasse-Konverter ist. Industriehanf absorbiert zwischen 8 bis 15 Tonnen CO2 pro Hektar Anbaufläche. Die schnell wachsende Pflanze wird seit Tausenden von Jahren wegen ihrer Fasern angebaut, die traditionell für Seile, Textilien und Papier verwendet wurden. Heute wird sie zunehmend zur Herstellung von Biokunststoffen, Baumaterialien und Biokraftstoffen verwendet.

In einem Interview mit dezeen, sagt Shah:

„Die starken, steifen Fasern, die die Außenseite des Stängels bilden, können zur Herstellung von Biokunststoffprodukten verwendet werden, darunter Autoteile und sogar Rotorblätter und Verkleidungsplatten für Windturbinen.“

Darshil Shaha

„Wir haben festgestellt, dass die Fassadenplatten aus Hanf-Biokunststoff eine geeignete Alternative zu Aluminium-, Bitumen-Kunststoff- und verzinkten Stahlplatten darstellen, da bei ihrer Herstellung nur 15 bis 60 Prozent der Energie benötigt wird.“ Aus den Schäben, dem holzigen Innenteil des Stängels, lässt sich „Hanfbeton“ herstellen, ein nichttragendes Wandfüll- und Dämmmaterial.

Hanf wird auch als Baumaterial untersucht bei der Rensselaer Polytechnic Institute in den USA, wo man eine Alternative zu Betonstahl erfunden hat, die Hanf enthält. Sie soll nicht nur die Kohlendioxidemissionen reduzieren, sondern auch das Korrosionsproblem vermeiden.

Stahl ist anfällig für Korrosion und Rost, insbesondere in Bauwerken wie Brücken, Straßen, Ufermauern und Gebäuden sowie in Umgebungen mit hoher Salzkonzentration, was seine Lebensdauer erheblich verkürzt. In stark korrosiven Umgebungen werden stattdessen häufig Glasfaserverstärkte Kunststoff-Bewehrungsstäbe (GFK) verwendet, die eine hohe Umweltbelastung.

Wenn die Korrosion kein Faktor mehr war, Rensselaer Polytechnic Institute glauben, dass die Lebensdauer der Bewehrungsstäbe dreimal so hoch sein wie jetzt. Durch die Verlängerung der Lebensdauer werden die CO2-Emissionen noch weiter reduziert.

Während ihr Hanfbewehrungsstahl bereits jetzt eine brauchbare Alternative zu bestehenden Produkten darstellt, erwarten sie, dass die Technologie in Zukunft noch effizienter wird, da die Extraktionsprozesse verfeinert und Pflanzen für ihre Fasern gezüchtet werden.

Obwohl schon seit einiger Zeit Interesse an der Entwicklung neuer Biomaterialien für den Bau besteht, ist die Bauindustrie konservativ und stark preisgetrieben, was bedeutet, dass die Akzeptanz langsam ist. Die zunehmende Nachfrage der Verbraucher nach Nachhaltigkeit hat jedoch das Interesse an diesen Innovationen erhöht, was zu einem wettbewerbsfähigeren Umfeld für Baumaterialien geführt hat. Erfahren Sie mehr über Innovationen und Praktiken in diesem Bereich mit Nachhaltigkeitstraining hier.

Welche dieser Materialien werden Sie in Ihren Projekten verwenden?