Omdat er wereldwijd in korte tijd heel veel huizen gebouwd gaan worden, is er in de komende decennia een ongelooflijke hoeveelheid bouwmateriaal nodig. De levering van grondstoffen wordt misschien moeilijk, en de bouw zal heel veel CO2 uitstoten; tenzij we de huidige uniforme benadering van materiaalgebruik (op basis van Portland cement) loslaten en lokale bouwmaterialen ontwikkelen die weinig energie vergen en toegesneden zijn op specifieke behoeften. Zoals biobeton.
Bakstenen van biobeton, een radicale oplossing
In een eerste artikel over de bouw meldden we dat het maken van cement alleen al zorgt voor 5% van de wereld-uitstoot van CO2. Daarnaast stoot de bouwsector ook nog eens CO2 uit door activiteiten als winnen en transport van materialen, energiegebruik bij de bouw zelf en bij sloop en recycling. Daarom bespraken wij de ontwikkeling van nieuwe soorten beton, met eigenschappen vergelijkbaar met beton op basis van Portland cement, maar met tot 93% minder emissies over de hele productieketen. Verrassend genoeg is de basis voor dit beton al gelegd in de Oudheid, want zijn samenstelling is afgeleid van Romeins en Egyptisch beton dat nog steeds bestaat. Het ‘groene cement’ waarvan dit beton is gemaakt kan uit lokale grondstoffen worden gewonnen, waarmee de bouwsector een zekere flexibiliteit kan bereiken.
Bij de meest radicale oplossingen op dit gebied wordt gebruik gemaakt van bacteriën, die biobeton maken. Hierbij zijn de belangrijkste grondstoffen zand, als bron van silicaat, en kalksteen als bron van calcium, beide in grote hoeveelheden beschikbaar over de hele wereld. De startup Biomason uit Noord-Carolina laat op industriële schaal hieruit bakstenen ‘groeien’. Het bedrijf heeft hiermee vele prijzen gewonnen. Het proces begint met zand. Dit wordt in mallen gegoten en geïnjecteerd met Sporosarcina pasteurii bacteriën, waarna er calciumionen in water aan worden toegevoegd. De ionen worden aangetrokken door de celwanden van de bacteriën, waardoor een schil van calciumcarbonaat ontstaat die de zandkorrels aan elkaar bindt. Het duurt twee tot vijf dagen voordat de baksteen is volgroeid, terwijl dat in een baksteenoven drie tot vijf dagen in beslag neemt. Maar met bacteriën kunnen we onverwachte eigenschappen meegeven aan baksteen, anders dan op de oude manier. ‘We kunnen bakstenen maken die oplichten in het donker, bakstenen die verontreiniging absorberen, bakstenen die door vocht van kleur veranderen,’ zei oprichter Ginger Dosier aan Wired Magazine.
Noodgebouwen uit biobeton
Peter Trimble, student industriële vormgeving aan de Universiteit van Edinburgh, maakte biobeton uit zand en dezelfde bacteriesoort; hij noemde het ‘Dupe’, een ‘levend alternatief voor beton’. Hij voegde een bestanddeel toe: ureum, uit urine, als voedingsstof voor de bacteriën. Uit dit biobeton kon hij een krukje maken met ongeveer 70% van de druksterkte van gewoon beton. Dit is misschien goed genoeg voor noodwoningen. ‘Stel je voor dat een boerderij in Indonesië wordt getroffen door een tsunami en niet bereikt kan worden,’ zei Trimble in 2014 tegen CNN. ‘Zand en bacteriën zijn zo ongeveer gratis, en je kunt er een noodwoning mee bouwen die je goed beschermt…. Als de basis van de technologie goed is georganiseerd, zou deze overgedragen kunnen worden.’ Dit biobeton is bovendien biologisch afbreekbaar – waardoor het misschien alleen voor tijdelijke gebouwen kan worden gebruikt. Destijds werkte Trimble samen met ontwikkelingsorganisaties om Dupe toe te passen voor huizen van Aboriginals en in afgelegen streken van Marokko. Maar we kunnen ons ook vorstellen dat dit proces wordt gebruikt voor hoogwaardige doeleinden als het bouwen van nederzettingen in de woestijn, of zelfs op Mars. Ook mycelium, de ‘wortels’ van paddenstoelen, zou een biobouwmateriaal kunnen zijn; het wordt gemaakt door Ecovative, een bedrijf waaraan wij een paar jaar geleden aandacht besteedden. Zij gebruiken neutraal landbouwafval, zoals stro of kaf, als de ondergrond waarop zij het mycelium telen.
Vele betonsoorten, voor specifieke doeleinden
Ook MIT heeft zich nu gevoegd bij degenen die alternatieven zoeken voor traditioneel beton. Zij gebruiken fijngemalen vulkaanas als bindmiddel, zoals ook aangetroffen door een team van de Universiteit van Utah in oude Romeinse bouwwerken. Vulkaanas is te vinden rond actieve en uitgebluste vulkanen overal ter wereld; sommige assen hebben ‘pozzolonische’ eigenschappen: in poedervorm bindt de as zich gemakkelijk met water en andere stoffen en vormt daarbij cementachtige pasta’s. ‘Je kunt de samenstelling van de pasta aanpassen, en de verhouding van vulkaanas en Portland cement variëren,’ zegt Oral Buyukozturk, die het team van MIT leidde. ‘Een wegversperring hoeft niet zo sterk te zijn als bijvoorbeeld een wolkenkrabber. Dat betekent dat je veel bouwwerken kunt maken met minder energie.’
Alex Moseson, een van de onderzoekers van Drexel Universiteit betrokken bij het onderzoek naar ‘groen cement’ geïnspireerd door de oude Egyptenaren, schreef ons dat hij met zijn werk ‘groene cementen wilde ontwikkelen ten behoeve van mensen in sloppenwijken en dorpen op het platteland. In India heb ik drie groene cementen ontwikkeld die voldeden aan normen equivalent aan die van de ASTM C1157 standaard, met sterktes van 33, 43 en 53 MPa in 28 dagen.’ Het team waarmee hij zulke groene cementen hielp maken, ontwikkelde drie innovaties. De eerste: het gebruik van een hoog percentage onbewerkte kalksteen (d.w.z. niet bewerkt in een oven). Hieraan moet een bindmiddel worden toegevoegd; in industrielanden komen hiervoor vooral in aanmerking fijngemalen hoogovenslak (waarvan er niet zo veel is) of vliegas uit kolencentrales (waarvan er veel meer is). De tweede innovatie: ‘we wilden onze groene cementen aanpassen aan de door de klant gewenste grondstoffen en eigenschappen. Daardoor lijkt ons werk minder op de Coca Cola formule (vastliggend en steelbaar), en meer op San Francisco Sourdough Bread (zuurdesembrood) (flexibel en altijd uniek). Ten derde, we hebben cementen ontwikkeld die direct gebruikt konden worden ter vervanging van Ordinary Portland Cement (OPC) zonder katalysatorvloeistof of verhitting, zoals bij sommige concurrenten.’ Hij werkte deze onderwerpen uit in zijn proefschrift.
Stimulansen
Met de juiste stimulansen (zoals de wens om minder CO2 uit te stoten of zoveel mogelijk lokale grondstoffen te gebruiken, of gewoon gebrek aan alles) lijken er dus heel veel mogelijkheden te zijn om lokale betonsoorten te ontwikkelen, elk voor een specifiek doel. Niet direct om er wolkenkrabbers mee te bouwen – maar voor sommige doeleinden kunnen we misschien ook best andere soorten beton gebruiken. En in ontwikkelingslanden hebben mensen misschien een heel ander perspectief op goede huisvesting. ‘We moeten inderdaad rekening houden met belemmeringen: wetgeving, schaal enz.,’ zegt Moseson (hij zei het niet, maar de bouwsector staat niet direct bekend om zijn vernieuwende inslag). ‘Maar met de juiste partner is het de moeite waard om deze te overwinnen.’
Interessant? Lees dan ook:
Stro, een zeer goed bouwmateriaal
Groen bouwen
Duurzame materialen hebben labels en lobby’s nodig
Zelfherstellend beton volop in ontwikkeling
Is het mogelijk een prefabwoning 6x 10 x3 meter met dit materiaal te printen??