Biomaterial och deras plats i byggbranschen

Uttrycket biomaterial används för att beskriva byggmaterial härledda från levande organismer inklusive växter, djur och svampar. Ökad kunskap om mikrobiologi och syntetiska biologiska tekniker gör det nu möjligt för innovativa biomaterial att komma in på marknaden.

Med konstruktion industrin som ansvarar för 40 % av de globala CO2-utsläppen, ligger ansvaret på industrin att göra dramatiska förändringar för att förbättra sin hållbarhet. Nya biomaterial skapas med hjälp av avfallsprodukter och mikrober för att lösa dessa ekologiska problem, med trä eller växtbaserade material som nettokolsänkor. De biomaterial som undersöks för användning i byggbranschen är mångsidiga och varierande, var och en syftar till att lösa olika problem inom branschen.

Biomaterial har potential att förse byggmaterial med följande fördelar:

• Avskiljning och lagring av kol utvunnet från atmosfärisk CO₂ genom den senaste fotosyntesen
• Hållbar produktion som grödor som odlas årligen eller som skog med längre avverkningscykler.
• Biologisk nedbrytbarhet vid slutet av livet. (Kontrollerat sönderfall inuti en anaerob kokare skulle producera både organiskt gödselmedel och biometan för att tillföra energi)
• Låga eller nästan noll linjära koefficienter för termisk expansion
• Egenskapen att kontrollera temperatur och luftfuktighet i slutna utrymmen genom fasförändringar av vatten i celler
• Hög ångdiffusion och "fickisk" ångspridning
• Vanligtvis hög specifik värmekapacitet
• Låg termisk diffusivitet
• Ofta bra prestanda-till-vikt-förhållanden
• Sänk förkroppsligad energi. 

Betong – finns det bättre alternativ?

Det vanligaste materialet inom byggbranschen är förmodligen också ett av de mest ohållbara. Betong, som fungerar som ryggraden i de flesta infrastruktur, producerar häpnadsväckande mängder kol. Det uppskattas att cirka 10 miljarder ton betong produceras varje år, där cement (ett viktigt element i betongblandning) står för 8 % av den årliga koldioxidutsläpp runt om i världen, och använder cirka 10 % av det globala dricksvattnet, enligt Dosier.

Medan betong och cement inte är det hållbara material, byggbranschen kommer inte att sluta använda det över en natt. För att ta itu med detta faktum finns det många företag som design och producera alternativ till traditionell Portland-baserad cement, i ett försök att minska dess inverkan på miljö.

Ett sådant företag är basilisk, som är i färd med att få ut ”reparerbar betong” på marknaden genom att bädda in speciella kalkstensproducerande bakterier i betong. När bakterierna kommer i kontakt med vatten, som när fukt kommer in i en spricka, aktiveras sporerna, vilket leder till att mikroorganismerna växer. Bakteriesporerna är tåliga extremofiler, som klarar värme, torka och kyla i flera år inne i betongen.

Genom att förlänga betongens livslängd kan Basilisk minska den totala mängden betong som används och därmed göra materialet mer hållbart. Trots den högre initialkostnaden för självläkande betong, Grön Basilisk arbetar för att övertyga branschen om att de långsiktiga besparingarna inom underhåll är väl värda kostnaden.

”Vi kan minska krympförstärkningar med upp till 50 %. Det skulle innebära att om vi bara lägger till fem kilo Basilisk i betongblandningen kan vi spara upp till 30 kilo bränsle per kubikmeter.” sa Marc Brants, marknads- och redovisningschef på företaget. 

Ett annat företag är Biomason, ett USA-baserat företag som odlar cement genom en biologisk process med en låg koldioxidavtryck. Deras biocementteknologi växer i omgivningstemperaturer och bygger med kol och kalcium för att skapa kontrollerad, strukturell cement. Där Portlandcement är ett kalcium-silikathydratmaterial som ursprungligen kommer från att frigöra kol från kalksten genom intensiv uppvärmning, avger koldioxid som en biprodukt. Biomason "Biocement" är en omvändning av denna process, där kol och kalcium kombineras för att producera ett biologiskt bildat kalkstensmaterial. Detta innebär att hög värme och fossila bränslen krävs inte i deras process, och deras material använder kol som byggsten.

Mycelium

Mycel är en del av svampens rotstruktur och undersöks även på ett antal sätt för användning inom byggsektorn.

Biohm, ett brittiskt företag, utvecklar för närvarande ett myceliumbaserat isolering panel. En viktig fördel med mycelium är att det kan odlas på jordbruksavfall och är biologiskt nedbrytbart. Det innehåller också kitin, vilket är ett naturligt flamskyddsmedel.

"Vad vi tittar på bygger på den här idén om cirkularitet ... om vi skulle ta tillbaka materialet skulle vi kunna bryta ner det och sedan sätta tillbaka det i tillväxtprocessen när vi odlar mycelrutan. Det här är något som vi också experimenterar med.”

London praktik Blast Studio har utvecklat en metod för 3D-utskrift med living mycelium och använde den för att bilda en kolonn som kunde skördas för svamp innan den fungerar som ett strukturellt byggnadselement. Kolonnen konstruerades genom att blanda mycel med ett råmaterial av kaffekoppar som samlats in från runt om i London och mata in det i en specialtillverkad kall extruder, liknande den som används för 3D-utskrift med lera. Blast Studio arbetar med att skala upp tekniken för att skriva ut en paviljong och i framtiden hoppas man kunna bygga hela byggnader. Medgrundare Paola Garnousset said detta effektivt skulle kunna tillåta städer att växa arkitektur från sitt eget avfall samtidigt som de förser sina invånare med mat.

Hampa

Darshil Shah, som medverkade på Avsnitt 15 av Constructive Voices podcast, arbetar med hampa som biomaterial. Hampa kan fånga upp atmosfäriskt kol dubbelt så effektivt as skogar samtidigt som de tillhandahåller kolnegativa biomaterial, med många studier som uppskattar att hampa är en av de bästa omvandlarna från CO2 till biomassa. Industriell hampa absorberar mellan 8 till 15 ton CO2 per hektar odling. Den snabbväxande växten har odlats i tusentals år för sina fibrer, som traditionellt användes till rep, textilier och papper. Idag används det allt mer för att tillverka bioplaster, byggmaterial och biobränslen.

I en intervju med Dezeen, Shah säger:

"De starka, styva fibrerna som bildar utsidan av skaftet kan användas för att producera bioplastprodukter inklusive bildelar och till och med vindkraftverksblad och beklädnadspaneler"

Darshil Shah

"Med hampa bioplastbeklädnadspaneler finner vi att de är ett lämpligt alternativ till aluminium, bitumenplast och galvaniserade stålpaneler, som bara kräver 15 till 60 procent av energin i sin produktion." Skivorna, som är den vedartade inre delen av stammen, kan användas för att göra "hampbetong", en icke-bärande väggfyllning och isoleringsmaterial.

Hampa undersöks också som byggmaterial på Rensselaer Polytechnic Institute i USA, där de har uppfunnit ett alternativ till armeringsjärn tillverkat av hampa. Det kommer inte bara att minska mängden koldioxidutsläpp, de hävdar att det kommer att undvika problemet med korrosion.

Stål utsätts för korrosion och rost, särskilt i strukturer som broar, vägar, strandvallar och byggnader och områden med i miljöer med hög saltkoncentration, vilket avsevärt minskar dess livslängd. I mycket korrosiva miljöer används ofta armeringsjärn (GFRP) av lassfiberarmerad polymer istället, som har en hög miljöpåverkan.

Om korrosion inte längre var en faktor, teamet vid Rensselaer Polytechnic Institute tror att livslängden på armeringsjärnen skulle vara tre gånger mer än det är nu. Denna ökade livslängd kommer därför att minska koldioxidutsläppen ytterligare.

Medan deras hampa armeringsjärn är ett lönsamt alternativ till befintliga produkter nu, förväntar de sig att tekniken kommer att bli ännu effektivare i framtiden när extraktionsprocesser förfinas och växter odlas för deras fiber.

Även om det har funnits intresse för att utveckla nya biomaterial för byggnader under en tid, är byggbranschen konservativ och starkt prisdriven, vilket innebär att acceptansen har gått långsamt. Konsumenternas ökande efterfrågan på hållbarhet har dock ökat intresset för dessa innovationer, vilket resulterat i en mer konkurrenskraftig miljö för byggmaterial. Lär dig mer om innovationer och metoder inom detta ämne med hållbarhetsutbildning här.

Vilket av dessa material ska du börja använda i dina projekt?