Bakteriebasert betong kan gi stor klimagevinst
Hvert år bygges det ti kubikkilometer, noe som tilsvarer et Mount Everest, i betong. Det gir enorme klimagassutslipp. Men en ny, miljøvennlig sement kan bidra til å redusere det globale fotavtrykket.
– Byggebransjen slipper ut enorme mengder CO2. Produksjon av sement, som er bindemiddelet i betong, står alene for mer enn fem prosent av det globale klimagassutslippet. Det forteller SINTEF-forsker Simone Balzer Le, som er del av et tverrfaglig forskningsteam som utvikler en biologisk sement som kalles BioZEment.
Unngår oppvarming – og dermed utslipp
Ved konvensjonell sementproduksjon varmes kalkstein opp til en temperatur på 1450 grader. Prosessen heter kalsinering, og fører med seg enorme klimagassutslipp i form av CO2.
– I dag er det flere mulige måter å redusere dette fotavtrykket. Man ser for seg å fange CO2-gassen, delvis erstatte sement eller finne en måte å lage sement på uten oppvarming, slik tilfellet er med BioZEment, sier Balzer Le.
Om forskerne lykkes med å utvikle en metode for det sistnevnte, vil det kunne få enorm påvirkning på byggebransjens klimagassutslipp.
Bakteriebasert betong består av sand, finmalt kalkstein og to spesielle bakterier, samt vann, urinstoff og næring til bakteriene. Her er Simone Balzer Le i laben. Foto: Håvard Egge
– Våre estimater viser at bruk av denne løsningen vil kunne redusere de globale utslippene med opp til 80 prosent sammenlignet med konvensjonell sement, men foreløpig er BioZEment ikke mulig å benytte til alle slags byggeprosesser. Likevel vil sementen kunne bidra i byggebransjens samlede innsats om å redusere CO2-utslippet.
Bruker bakterier i stedet for oppvarming
Selve prosessen skjer ved å bruke malte kalksteinpartikler og sand som på den konvensjonelle måten. Men i stedet for å varme kalkstein opp tilsettes spesielle bakterier, som forskerne har funnet i nærheten av et kalksteinsbrudd i Verdal.
– Våre estimater viser at bruk av biosement vil kunne redusere de globale utslippene med opp til 80 prosent sammenlignet med konvensjonell sement.
– Bakteriene produserer organiske syrer, blant annet melkesyre og eddiksyre. Disse bidrar med å senke pH-verdien og delvis løse opp kalksteinen. Dette frigir kalsiumioner og karbonat. I trinn to blander vi sand og en annen type bakterie i en form og mater dette med blandingen med delvis oppløst kalkstein og urinstoff, eller urea på fagspråket.
– Stoffet finner man i nettopp urin og dannes når proteiner og andre nitrogenholdige stoffer i kroppen brytes ned. Industrielt fremstilles urinstoff i en reaksjon av ammoniak med CO2 og brukes blant annet som gjødsel, forklarer forskeren.
Bakteriene produserer et enzym som spalter urea slik at pH-verdien øker igjen. Under slike betingelser danner kalsium og karbonat krystaller av kalsiumkarbonat. Det er disse krystallene som er bindemiddelet i bakteriebasert betong, forklarer Balzer Le.
Etter tørking blir materialet i formen fast. Metoden er i utgangspunkt en videreføring av en kjent bio-geokjemisk prosess som kalles MICP. I et samspill mellom bakteriellt stoffskifte og mineraler i naturen blir det felt ut kalsiumkarbonat. MICP brukes blant annet av amerikanske bioMASON for å produsere murstein eller å stabilisere grunn.
Blandingen av bakterier og sand i formen mates med finmalt kalkstein som løses opp delvis av en annen type bakterie, samt en løsning som inneholder urinstoff. Når de to bakteriene samarbeider dannes det kalsiumkarbonatkrystaller som holder sandpartiklene sammen. Etter tørking kan man ta små murstein ut av formen. Foto: Håvard Egge
– Fordelen med vår tilnærming er at både kalsiumet og karbonatet kommer fra kalkstein og at vi har muligheten å redusere bruk av urea sammenlignet med en ofte brukte MICP variant som henter karbonat fra urea alene.
Lager murstein først
Forskerne har sett på ulike måter teknologien kan tas i bruk. Den enkleste vil antakelig være å lage murstein, som trolig bare vil ha rundt ti prosent høyere kostnader enn normalt.
– Å lage murstein er en måte for oss å utvikle prosessen, men vi ser på andre bruksområder av materialet for kommersialisering som gjør kostnadene lavere. Det mest realistiske er nok å lage industrielt produserte elementer i en fabrikk som fraktes til en byggeplass, sier Balzer Le.
Anvendelig og resirkulererbart
Det er for tidlig å si hvor god kvalitet den biologiske sementen kommer til å ha.
– Den vil ikke bli like sterk som den konvensjonelle, men det finnes bruksområder hvor materialstyrken antakelig vil være mer enn god nok, sier Balzer Le, og legger til at det finnes mange muligheter for å gjøre materialet sterkere: Man kan bruke ulike typer armering, for eksempel fra cellulosefibre fra trær eller aluminium, som vil gjøre den brukbar ved mange tilfeller.
Forskerne ser også et potensiale i å resirkulere BioZEmenten.
– Dette vil medføre mindre ressursbruk, så for oss er dette et veldig spennende fagfelt, avslutter SINTEF-forskeren.
