Microben kunnen koolstofarm beton produceren

Beton is het meestgebruikte materiaal wereldwijd. Het geeft vorm aan een groot deel van onze bebouwde wereld. Bij de fabricage van cement, een van de basiscomponenten van beton, wordt een zekere hoeveelheid koolstofdioxide geproduceerd. Volgens de in Londen gevestigde denktank Chatham House gaat het om 8 procent van de wereldwijde CO₂-uitstoot. Als de totale cementproductie van een land zou komen, zou dat land de derde grootste vervuiler zijn, na China en de Verenigde Staten. Toch wordt de koolstofdioxide-uitstoot bij cement nog dikwijls over het hoofd gezien.

Vandaag wordt jaarlijks al 4 miljard ton cement geproduceerd, en Chatham House verwacht dat met de verdere verstedelijking die hoeveelheid binnen de dertig jaar tot 5 miljard ton zal zijn toegenomen. De uitstoot die vrijkomt bij de cementproductie heeft deels te maken met de fossiele brandstoffen die worden verbrand om de hitte (1.450°C) te genereren die nodig is om cement te maken. Een groter deel komt vrij in een oven, bij het chemische proces dat kalksteen omzet in klinker. Die klinker wordt dan vermalen en gecombineerd met andere materialen voor cement.

De bouwindustrie staat om diverse redenen eerder afkerig tegenover veranderingen – veiligheid en betrouwbaarheid spelen daarin mee. Toch kan de druk om de bijdrage aan de klimaatverandering te reduceren een ommekeer teweegbrengen. In 2018 kondigde de Global Cement and Concrete Association nieuwe duurzaamheidsrichtlijnen aan. Het gaat om een set van maatregelen, onder meer rond het verminderen van emissies en waterverbruik. Ze moeten productieprocessen verbeteren en transparanter maken.

Zero-emissiefabriek

Sommige bedrijven hebben die ommezwaai al begrepen. De Amerikaanse start-up Solidia gebruikt een licentie van Rutgers University voor een chemisch proces dat de CO2-uitstoot bij de cementproductie met 30 procent vermindert. Het proces maakt gebruik van meer klei en minder kalksteen en warmte dan de gangbare processen. Diverse Europese onderzoeksprojecten verkennen duurzamere alternatieven voor klassiek cement. Ze vervangen een steeds groter deel van het cement door gerecyclede en gezuiverde materialen, zoals betonpuin, as die overblijft na huisvuilverbranding, mijnbouwafval, baggerslib, en metaalslakken.

Onderzoekers bij VITO ontwikkelden in samenwerking met recyclingbedrijf Orbix het zogeheten ‘Carbstone’: tegels en stenen op basis van staalslakken en CO₂. ‘De staalslakken worden tot een poeder gemalen dat reageert met geconcentreerde CO₂, waarbij CO₂ wordt vastgelegd in het carbonaatcement’, legt Ruben S­nellings (VITO) uit. ‘In de toekomst is het de bedoeling om bij de productie van Carbstone koolstofdioxide te gebruiken die vrijkomt bij industriële processen of die we rechtstreeks afvangen uit de lucht.’ Eerder dit jaar werd in Gent het eerste ‘circulaire voetpad’ met Carbstone gelegd.

In het Beton naar Betonproject onderzoeken Belgische en Nederlandse wetenschappers of cement deels door gerecycled betonpuin kan worden vervangen. Uit de eerste resultaten blijkt dat je tot 30 procent herwonnen cement kunt gebruiken zonder negatieve impact op de sterkte.

De Duitse multinational HeidelbergCement wil in Noorwegen van een van zijn vestigingen de eerste zero-emissiefabriek ter wereld maken. De fabriek gebruikt nu al alternatieve brandstoffen uit afval en moet tegen 2030 emissies helemaal vermijden door met nieuwe technologieën koolstof op te vangen en op te slaan in offshore gasvelden.

Zelfhelend beton

Daarnaast gebruiken onderzoekers bacteriën om koolstofdioxide uit de lucht te halen en de kwaliteit van beton te verbeteren. Een aantal start-ups probeert ‘levende’ bouwmaterialen te ontwikkelen. Zo laat het Amerikaanse BioMason met bacteriën en aggregaten op cement lijkende bakstenen ‘groeien’.

Onderzoekers aan de University of Colorado Boulder gebruiken dan weer cyanobacteriën of fotosynthetische microbes om koolstofarm beton te produceren. Ze inoculeerden een zand-hydrogelmatrix met bacteriën om bakstenen te maken die uit zichzelf barsten kunnen herstellen. Ook aan de Universiteit Gent werken wetenschappers aan dergelijk ‘zelfhelend’ beton.

Deze stenen kunnen cement en beton nog niet meteen voor de hedendaagse toepassingen vervangen. ‘Het probleem is dat er voor de klassieke bouwmaterialen geijkte tests bestaan om de levensduur op lange termijn in te schatten’, zegt Snellings. ‘Die zijn er voor die nieuwe materialen vaak niet.’ In een eerste stap kunnen ze wel materialen vervangen die geen zware lasten moeten dragen. Voorbeelden daarvan zijn plaveisels, façades en straatmeubilair.