Herbeoordeling van bestaande structurele materialen en processen door een moderne lens

For millennia hebben bouwmaterialen zoals beton de mensheid in staat gesteld blijvende meesterwerken van architectuur te creëren; kijk maar naar het oude Rome voor voorbeelden. Terwijl men zou kunnen denken dat we in al die tijd alles hebben geleerd over dergelijke bouwmaterialen, heeft het herbeoordelen ervan door een moderne lens bedrijven die naar de toekomst kijken de mogelijkheid gegeven ze een nieuw doel te geven en oude recepten te verbeteren.

Materialen en Processen

Zoals vermeld, is het oude Rome het perfecte voorbeeld van wat bereikt kan worden met beton. Tot voor kort waren wetenschappers echter verbaasd over hoe structuren die meer dan 2000 jaar oud zijn nog steeds in zo’n goede staat verkeren. Nu weten we dat het antwoord de hele tijd voor de hand lag – kalk.

De aanwezigheid van kalk in Romeins beton werd altijd beschouwd als het gevolg van slordige of slechte mengpraktijken. Zoals het blijkt, hebben de resulterende kalkkristallen een belangrijke functie die, wanneer ze op een specifieke manier in het beton worden ingebracht, het eindproduct in staat stelt scheuren zelf te herstellen; dit brengt ons bij onze eerste moderne benadering van een oud bouwmateriaal – zelfherstellend beton.

Zelfherstellend Beton

Beton is simpelweg een mengsel van fijne en grove substraten die worden samengevoegd en bijeengehouden door een uithardingsmiddel. Het recept om beton te maken is door de tijd heen en wereldwijd veranderd om zich aan te passen aan verschillende omgevingen. Met dat in gedachten zijn wetenschappers begonnen met het onderzoeken en testen van nieuwe recepten/benaderingen om een versie te creëren die geschikt is voor de toekomst. Een voorbeeld hiervan komt van de Universiteit van Colorado, waar wetenschappers een potentieel betonvervanger hebben ontwikkeld die zij ‘Living Building Materials (LBMs)’ noemen en die worden gecreëerd door gebruik te maken van “fotosynthetische micro-organismen om inerte zand-gelatine-structuren te biomineraliseren”.

Bemoedigend hebben deze LBM’s aangetoond dat ze niet alleen zichzelf kunnen repliceren en zelf herstellen, maar ook uit afvalmaterialen kunnen worden vervaardigd. Even belangrijk is hun vermogen om koolstof vast te leggen. Naast duurzaamheid en levensduur is er één belangrijke reden voor de tijd die wordt besteed aan het ontwikkelen van nieuwe recepten voor futuristisch beton – het milieu.

Het productieproces van beton stoot een grote hoeveelheid CO₂ uit. Als het op aarde op één na meest gebruikte product, leidt dit tot een enorme hoeveelheid (8% van de totale CO₂) emissies. Als we potentieel iteraties van beton kunnen creëren die het milieu daadwerkelijk helpen in plaats van schaden, is dat een pad dat het verkennen waard is.

Naast lopend onderzoek in laboratoria bieden startups zoals Biomason al producten aan die zijn gebaseerd op een vergelijkbare aanpak waarbij biologie wordt gebruikt om de ecologische voetafdruk van de cementindustrie te verkleinen. Tot nu toe heeft dit bedrijf al ongeveer $95 miljoen aan financiering opgehaald in meerdere rondes van investeerders zoals Novo Holdings, Celesta Capital en anderen.

Hennepwapening

Wapeningsstaaf (rebar) is een uiterst belangrijk materiaal bij het bouwen met beton. Gewoonlijk gemaakt van staal, biedt wapeningsstaaf structurele ondersteuning aan betonnen gebouwen en verhoogt de levensduur. Zoals eerder vermeld betekent werken met beton echter vaak grote CO₂-emissies. Wat als er een manier was om wapeningsstaaf te creëren die dit probleem helpt compenseren zonder de voordelen van staal op te offeren? Maak kennis met hennepwapening.

Hennepwapening verhoogt niet alleen de levensduur van beton, het kan goedkoper, sterker en lichter zijn dan staal terwijl het corrosievrij blijft; allemaal belangrijke overwegingen, aangezien de ineenstorting van veel gebouwen wordt geassocieerd met zware en gecorrodeerde stalen wapening. Het staat ook bekend als een koolstofnegatief biomateriaal, waarbij groeiende velden enorme hoeveelheden CO₂ absorberen. Wanneer het wordt gebruikt in toepassingen zoals wapeningsstaaf, kan het product gedurende zijn levenscyclus helpen de CO₂-emissies die gepaard gaan met het gebruik van beton te compenseren.

Energieopslagstenen

Beton is niet het enige bouwmateriaal dat een futuristische vernieuwing ondergaat. Processen om gewone en gerecyclede bakstenen om te vormen tot supercondensatoren worden nu ontwikkeld. Dit betekent dat de bakstenen die uw huis bekleden of als loopbrug dienen in de nabije toekomst kunnen fungeren als een energieopslagoplossing. Sluit de bakstenen simpelweg aan op een energiebron (bijv. zonnepanelen), en de bakstenen kunnen worden opgeladen om ‘s nachts stroom te leveren. Het moet echter worden opgemerkt dat de technologie nog een weg te gaan heeft voordat dit mogelijk is. Momenteel geven onderzoekers aan dat de capaciteit van ongeveer 50 bakstenen voldoende stroom zou leveren voor noodverlichting tot maximaal 5 uur.

Om dit te bereiken, hebben onderzoekers de inherente structuur van bakstenen bestudeerd, waarbij ze opmerkten dat ze behoorlijk poreus zijn. Om ze om te vormen tot supercondensatoren, werden de bakstenen gecoat/geïnjecteerd met PEDOT (een geleidend polymeer), waardoor de baksteen in wezen een energiespons wordt.

Dit zijn het soort oplossingen die, wanneer ze worden gecombineerd met een voortdurende en gerichte inspanning richting duurzame energie, mensen in staat zullen stellen de schade aan de aarde ongedaan te maken en een groenere toekomst te waarborgen.

Additieve Fabricage

Kijkend naar de toekomst van de bouw, gaat het niet alleen om de gebruikte materialen. Er moeten ook de processen in overweging worden genomen. Met dat in gedachten is een van de meest veelbelovende en potentieel baanbrekende stappen die de manier waarop we bouwen zal veranderen additieve fabricage, ook wel ‘3D-printen’ genoemd.

ICON is een bijzonder opvallend bedrijf om in de gaten te houden, aangezien hun producten/diensten meer zijn dan alleen een veelbelovend idee; ze worden al in de praktijk gebracht. In één voorbeeld is een gemeenschap van 100 woningen, bestaande uit 3D-geprinte huizen van ICON, al in uitvoering in Georgetown, Texas. In een ander, en wellicht spannender voorbeeld, kreeg ICON een prijs van $57,2 miljoen van NASA om een ‘lunar surface construction system’ te ontwikkelen. Ja, ICON ontwikkelt de systemen die bewoning van de maan en daarbuiten in 3D-geprinte structuren mogelijk zullen maken.

De belofte van 3D-geprinte huizen is zo groot dat bedrijven zoals ICON al aanzienlijke financiering hebben aangetrokken van vooruitstrevende investeerders. Na de laatste kapitaalronde beschikt ICON nu over ongeveer $451,5 miljoen aan financiering.

ICON is echter niet het enige bedrijf dat 3D-geprinte huizen maakt. Anderen zoals Alquist benutten het proces om betaalbare woningen te creëren in een poging om “economisch achtergestelde en onderbediende gemeenschappen te ondersteunen door de bouwkosten te verlagen”.

Vooruitkijken

Het jaar is 2033. Als alles volgens plan verloopt, zullen er mensen zijn die hun zelfherstellende, met hennepwapening versterkte, 3D-geprinte huis verlaten, dat ‘s nachts wordt aangedreven door een bakstenen looppad dat overdag is opgeladen, en naar de nachtelijke hemel kijken. Daar zullen ze stippen licht zien die afkomstig zijn van enorme constellaties van satellieten, ingezet via herbruikbare raketten die ook ladingen materiaal leveren voor de eerste structuur die op de maan wordt gebouwd.