Биоматериалы и их место в строительной отрасли

Термин «биоматериалы» используется для описания строительных материалов, полученных из живых организмов, включая растения, животных и грибы. Расширение знаний о микробиологии и методах синтетической биологии теперь позволяет инновационным биоматериалам выйти на рынок.

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. Биоматериалы, которые изучаются для использования в строительной отрасли, разнообразны и разнообразны, каждый из которых направлен на решение определенной проблемы в отрасли.

Биоматериалы могут стать источником строительных материалов. следующие преимущества:

• Улавливание и хранение углерода, извлеченного из атмосферного CO.₂ благодаря недавнему фотосинтезу
• Устойчивое производство за счет выращивания сельскохозяйственных культур ежегодно или леса с более длительным циклом сбора урожая.
• Биоразлагаемость в конце срока службы. (Контролируемый распад внутри анаэробного варочного котла позволит производить как органические удобрения, так и биометан для производства энергии)
• Низкие или почти нулевые линейные коэффициенты теплового расширения.
• Свойство регулирования температуры и влажности в закрытых помещениях путем фазового изменения воды в клетках.
• Высокая диффузия пара и рассеивание пара по принципу Фика.
• Обычно высокая удельная теплоемкость
• Низкая температуропроводность
• Зачастую хорошее соотношение производительности и веса.
• Низшая воплощенная энергия. 

Бетон – есть ли лучшие варианты?

Вероятно, наиболее часто используемый материал в строительной отрасли также является одним из самых неэкологичных. Бетон, служащий основой большей части инфраструктуры, производит ошеломляющее количество углерода. Подсчитано, что около Произведено 10 миллиардов тонн бетона каждый год, при этом цемент (основной элемент в бетонной смеси) составляет 8% годового выбросы углекислого газа во всем мире, и используя около 10% мировой питьевой воды, По данным Дозье.

Хотя бетон и цемент не являются экологичные материалы, 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.

Одна такая компания василиск, которые выводят на рынок «ремонтопригодный бетон», внедряя в бетон специальные бактерии, производящие известняк. Когда бактерии вступают в контакт с водой, например, когда влага попадает в трещину, споры активируются, что приводит к росту микроорганизмов. Бактериальные споры представляют собой выносливые экстремофилы, способный годами выдерживать жару, засуху и холод внутри бетона.

Продлевая срок службы бетона, Василиск может сократить общее количество используемого бетона, тем самым делая материал более устойчивым. Несмотря на более высокую первоначальную стоимость самовосстанавливающегося бетона, Green Basilisk работает над тем, чтобы убедить отрасль в том, что долгосрочная экономия на обслуживании того стоит.

«Мы можем уменьшить усадку арматуры до 50%. Это значит, что если мы просто добавим пять килограммов «Василиска» в бетонную смесь, мы сможем сэкономить до 30 килограммов топлива на кубический метр». сказал Марк Бранц, менеджер по маркетингу и работе с клиентами фирмы. 

Другая компания Биомасон, американской компании, которая выращивает цемент посредством биологического процесса с низким уровнем выбросов углекислого газа. Их технология биоцемента развивается при температуре окружающей среды, используя углерод и кальций для создания контролируемого структурного цемента. Портландцемент представляет собой гидрат кальций-силиката, который первоначально образуется в результате выделения углерода из известняка в результате интенсивного нагревания с выделением углекислого газа в качестве побочного продукта. Биомасон «Биоцемент» представляет собой обратный процесс, при котором углерод и кальций объединяются с образованием биологически сформированного известнякового материала. Это означает, что в их процессе не требуется высокая температура и ископаемое топливо, а в их материалах в качестве строительного блока используется углерод.

Мицелий

Мицелий является частью корневой структуры грибов и также исследуется различными способами для использования в строительном секторе.

Биом, британская компания, в настоящее время разрабатывает изоляционную панель на основе мицелия. Ключевым преимуществом мицелия является то, что его можно выращивать на отходах сельскохозяйственной продукции и он биоразлагаем. Он также содержит хитин, который является природным антипиреном.

«То, что мы рассматриваем, основывается на идее округлости… если бы мы взяли материал обратно, мы могли бы разбить его, а затем вернуть в процесс роста, когда выращиваем панель мицелия. Это то, над чем мы тоже экспериментируем».

Лондонская практика Взрывная студия разработала метод 3D-печати с живыми мицелий и использовал его для формирования колонны, которую можно было собирать для грибы прежде чем служить конструктивным элементом здания. Колонна была построена путем смешивания мицелия с сырьем из отходов кофейных чашек, собранных со всего Лондона, и подачи его в изготовленный на заказ холодный экструдер, аналогичный тому, который используется для 3D-печати глиной. Взрывная студия работает над расширением технологии печати павильон и в будущем он надеется построить целые здания. Соучредитель Паола Гарнуссе Сайd this could effectively allow cities to grow архитектура из собственных отходов, обеспечивая при этом продовольствием своих жителей.

Конопля

Даршил Шах, участвовавший в 15-я серия подкаста Constructive Voices, работает с коноплей как с биоматериалом. Конопля может улавливать атмосферный углерод в два раза эффективнее как леса, обеспечивая при этом углерод-отрицательные биоматериалы, при этом многочисленные исследования показывают, что конопля является одним из лучших преобразователей CO2 в биомассу. Промышленная конопля поглощает между От 8 до 15 тонн CO2 за гектар выращивания. Это быстрорастущее растение выращивали на протяжении тысячелетий ради волокон, которые традиционно использовались для изготовления веревок, текстиля и бумаги. Сегодня его все чаще используют для производства биопластиков, строительных материалов и биотоплива.

В интервью Dezeen, Шах говорит:

«Прочные и жесткие волокна, образующие внешнюю часть стебля, можно использовать для производства изделий из биопластика, включая автомобильные детали и даже лопасти ветряных турбин и облицовочные панели».

Даршил Шах

«Благодаря облицовочным панелям из конопляного биопластика мы видим, что они являются подходящей альтернативой алюминиевым, битумно-пластиковым и оцинкованным стальным панелям, при производстве которых требуется всего от 15 до 60 процентов энергии». Коса, представляющая собой деревянистую внутреннюю часть стебля, может быть использована для изготовления «гемпбетона», ненесущего материала для наполнения стен и изоляционного материала.

Конопля также исследуется в качестве строительного материала в Rensselaer Polytechnic Institute в США, где изобрели альтернативу стальной арматуре, изготовленной из конопли. Они утверждают, что это не только уменьшит количество выбросов углекислого газа, но и позволит избежать проблемы коррозии.

Сталь подвержена коррозии и ржавлению, особенно в таких конструкциях, как мосты, дороги, дамбы и здания, а также в зонах с высокой концентрацией соли, что значительно сокращает срок ее службы. В высококоррозионных средах вместо этого часто используется арматура из армированного стекловолокном полимера (GFRP), которая оказывает сильное воздействие на окружающую среду.

Если бы коррозия больше не была фактором, команда Rensselaer Polytechnic Institute считаю, что срок службы арматуры будет будет в три раза больше, чем сейчас. Таким образом, увеличение срока службы приведет к еще большему сокращению выбросов углекислого газа.

Хотя их конопляная арматура сейчас является жизнеспособной альтернативой существующим продуктам, они ожидают, что в будущем технология станет еще более эффективной, поскольку процессы экстракции будут усовершенствованы, а растения будут выращиваться для получения волокна.

Хотя интерес к разработке новых биоматериалов для строительства существует уже некоторое время, строительная отрасль консервативна и в значительной степени ориентирована на цену, что означает, что принятие было медленным. Однако растущий спрос потребителей на устойчивость повысил интерес к этим инновациям, что привело к более конкурентной среде для строительных материалов. Узнайте больше об инновациях и методах в этой теме с обучение устойчивому развитию здесь.

Какие из этих материалов вы собираетесь использовать в своих проектах?