Biomaterialen en hun plaats in de bouwsector

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. De biomaterialen die worden onderzocht voor gebruik in de bouwsector zijn divers en gevarieerd, elk met als doel een ander probleem binnen de industrie op te lossen.

Biomaterialen hebben de potentie om bouwmaterialen van te voorzien de volgende voordelen:

• Afvang en opslag van koolstof gewonnen uit CO uit de atmosfeer₂ door recente fotosynthese
• Duurzame productie in de vorm van jaarlijks verbouwde gewassen of als bos met een langere oogstcyclus.
• Biologische afbreekbaarheid aan het einde van de levensduur. (Gecontroleerd verval in een anaerobe vergister zou zowel organische mest als bio-methaan produceren om energie te leveren)
• Lage of bijna nul lineaire thermische uitzettingscoëfficiënten
• De eigenschap om de temperatuur en vochtigheid in besloten ruimtes te regelen door faseveranderingen van water in cellen
• Hoge dampdiffusie en 'Fickiaanse' dampverspreiding
• Meestal hoge soortelijke warmtecapaciteit
• Lage thermische diffusie
• Vaak goede prestatie-gewichtsverhouding
• Lagere belichaamde energie. 

Beton – Zijn er betere opties?

Het meest gebruikte materiaal in de bouwsector is waarschijnlijk ook een van de meest onduurzame. Beton, dat de ruggengraat van de meeste infrastructuur vormt, produceert duizelingwekkende hoeveelheden koolstof. Er wordt geschat dat rond Er wordt 10 miljard ton beton geproduceerd elk jaar, waarbij cement (een belangrijk element bij het mengen van beton) goed is voor 8% van de jaarlijkse koolstofemissies over de hele wereld, en gebruikt ongeveer 10% van het wereldwijde drinkwater, volgens Dosier.

Hoewel beton en cement niet duurzame materialen, 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.

Eén zo'n bedrijf is Basilisk, die bezig zijn ‘repareerbaar beton’ op de markt te brengen door speciale kalksteenproducerende bacteriën in beton in te bedden. Wanneer de bacterie in contact komt met water, bijvoorbeeld wanneer vocht in een scheur terechtkomt, worden de sporen geactiveerd, wat leidt tot groei van de micro-organismen. De bacteriesporen zijn dat wel winterharde extremofielen, die in het beton jarenlang hitte, droogte en kou kan verdragen.

Door de levensduur van beton te verlengen, kan Basilisk de totale hoeveelheid beton die wordt gebruikt verminderen, waardoor het materiaal duurzamer wordt. Ondanks de hogere initiële kosten van zelfherstellend beton probeert Green Basilisk de industrie ervan te overtuigen dat de langetermijnbesparingen op onderhoud de kosten zeker waard zijn.

“We kunnen krimpversterkingen tot wel 50% verminderen. Dat zou betekenen dat als we slechts vijf kilo Basilisk aan het betonmengsel toevoegen, we tot 30 kilo brandstof per kubieke meter kunnen besparen.” zegt Marc Brants, marketing- en accountmanager bij het bedrijf. 

Een ander bedrijf is Biometselaar, 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. De Biometselaar “Biocement” is een omkering van dit proces, waarbij koolstof en calcium worden gecombineerd om een ​​biologisch gevormd kalksteenmateriaal te produceren. Dit betekent dat er geen hoge temperaturen en fossiele brandstoffen nodig zijn in hun proces, en dat hun materialen koolstof als bouwsteen gebruiken.

mycelium

Mycelium maakt deel uit van de wortelstructuur van paddenstoelen en wordt ook op verschillende manieren onderzocht voor gebruik in de bouwsector.

Biohm, een in het Verenigd Koninkrijk gevestigd bedrijf, ontwikkelt momenteel een op mycelium gebaseerd isolatiepaneel. Een belangrijk voordeel van mycelium is dat het kan worden gekweekt op landbouwafval en dat het biologisch afbreekbaar is. Het bevat ook chitine, een natuurlijke brandvertrager.

“Waar we naar kijken is het voortbouwen op dit idee van circulariteit. Als we het materiaal terug zouden nemen, zouden we het kunnen afbreken en het vervolgens weer in het groeiproces kunnen stoppen wanneer we het myceliumpaneel laten groeien. Dit is iets waar we ook mee experimenteren.”

Praktijk Londen Straalstudio heeft met living een methode ontwikkeld voor 3D-printen mycelium en gebruikte het om een ​​kolom te vormen waarvoor geoogst kon worden champignons voordat het als structureel bouwelement dient. De kolom werd geconstrueerd door mycelium te mengen met een grondstof van afvalkoffiebekers die rond Londen waren verzameld en deze in een op maat gemaakte koude extruder te voeren, vergelijkbaar met het soort dat wordt gebruikt voor 3D-printen met klei. Straalstudio werkt aan het opschalen van de technologie om a paviljoen en in de toekomst hoopt het hele gebouwen te bouwen. Mede-oprichter Paola Garnousset zeid this could effectively allow cities to grow architectuur van hun eigen afval en tegelijkertijd voedsel voor hun inwoners te produceren.

Hennep

Darshil Shah, die optrad Aflevering 15 van de Constructive Voices-podcast, werkt met hennep als biomateriaal. Hennep kan twee keer zo effectief koolstof uit de atmosfeer opvangen als bossen terwijl het koolstof-negatieve biomaterialen levert, waarbij talrijke onderzoeken schatten dat hennep een van de beste CO2-naar-biomassa-omzetters is. Industriële hennep absorbeert tussendoor 8 tot 15 ton CO2 per hectare teelt. De snelgroeiende plant wordt al duizenden jaren gekweekt vanwege zijn vezels, die traditioneel werden gebruikt voor touw, textiel en papier. Tegenwoordig wordt het steeds vaker gebruikt voor de productie van bioplastics, bouwmaterialen en biobrandstoffen.

In een interview met Dezeen, Sjah zegt:

“De sterke, stijve vezels die de buitenkant van de stengel vormen, kunnen worden gebruikt voor de productie van bioplasticproducten, waaronder auto-onderdelen en zelfs windturbinebladen en bekledingspanelen”

Darshil Sjah

“Met de hennepbiokunststof bekledingspanelen vinden we dat ze een geschikt alternatief zijn voor aluminium, bitumen-kunststof en gegalvaniseerde stalen panelen, omdat ze slechts 15 tot 60 procent van de energie nodig hebben bij de productie ervan.” Van de scheven, het houtachtige binnenste deel van de stengel, kan ‘hennepbeton’ worden gemaakt, een niet-dragende muuropvulling en isolatiemateriaal.

Hennep wordt ook onderzocht als bouwmateriaal bij de Rensselaer Polytechnic Institute in de VS, waar ze een alternatief hebben uitgevonden voor stalen wapening gemaakt met hennep. Niet alleen zal het de hoeveelheid koolstofemissies verminderen, ze beweren ook dat het het probleem van corrosie zal vermijden.

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.

Als er geen sprake meer was van corrosie, ging het team verder Rensselaer Polytechnic Institute geloof dat de levensduur van de wapeningsstaven dat wel zou doen driemaal zo groot zijn als nu. Deze verlenging van de levensduur zal de CO2-uitstoot dus nog verder terugdringen.

Hoewel hun hennepwapening nu een levensvatbaar alternatief is voor bestaande producten, verwachten ze dat de technologie in de toekomst nog efficiënter zal worden naarmate de extractieprocessen worden verfijnd en planten worden gekweekt voor hun vezels.

Hoewel er al enige tijd interesse is in het ontwikkelen van nieuwe biomaterialen voor de bouw, is de bouwsector conservatief en sterk prijsgedreven, wat betekent dat de acceptatie traag is. De toenemende vraag van consumenten naar duurzaamheid heeft echter de interesse in deze innovaties vergroot, wat heeft geresulteerd in een competitievere omgeving voor bouwmaterialen. Leer meer over innovaties en praktijken binnen dit onderwerp met duurzaamheidstraining hier.

Welke van deze materialen gaat u in uw projecten gebruiken?