Építészet és biodesign VII.: Szénmegkötő bakteriális biocement

A biocement esetében a beton-szerű elemekben a kötőanyag egy természetes baktériumtörzs, mely hidakat képez az anyag szemcséi között. A biodesign építészeti vonatkozásait feltáró cikksorozatunkban Blaumann Edit ezúttal ezt a technológiát ismerteti a Biolith nevű burkolóelem példáján keresztül.

Az Építészet és biodesign sorozat előző cikkében több, a HBBE által kutatott technológiát említettem. Ezek közül az öngyógyító, illetve a nyomás hatására keményedő bakteriális "beton" megértéséhez érdemes megismernünk a biomineralizáció segítségével előállítható anyagok egyszerűbb példáit. A kaliforniai Biomason cég biocement technológiáját alkalmazó Biolith nevű, kereskedelmi forgalomban is kapható és az ipari léptékű előállítás szintjét is elérő terméke jól illusztrálja a technológiában rejlő lehetőségeket.

A biomineralizáció az élővilágban megszokott jelenség, az algákban és a diatomokban például szilikátok képződnek, gerinctelenekhez olyan karbonátok köthetők, mint a kagyló héja vagy a korall, a gerincesekre a csontképződés kalcium karbonátja a jellemző. Azaz az élő szervezetek ásványi anyagokat termelnek a meglévő szövetek megkeményítése vagy merevítése céljából. Létezik biológiailag indukált mineralizáció is, ami akkor következik be, amikor a mikrobák, például baktériumok anyagcsere-tevékenysége olyan kémiai feltételeket teremt, melyek kedvezőek az ásványi anyag képződéshez.

A Biomason erre a jelenségre alapoz: újrahasznosított apró kövekhez, gránit darabokhoz egy természetes baktériumtörzset adnak kvázi cementként, mely hidakat képez annak szemcséi között, így egy olyan anyagot hozva létre, ami felülmúlja a szabványos anyagok fizikai tulajdonságait a nyomószilárdság, az abszorpció, a fagyás-olvadás, a tapadás és a mérettartás tekintetében is. A természetben a baktériumok több száz, vagy akár több ezer év alatt építik fel a cementszerű anyagokat. Ebben a folyamatban azonban a baktériumhoz egy speciális, szenet, kalciumot és tápanyagokat tartalmazó oldatot adnak, amely lehetővé teszi, hogy a baktérium néhány nap alatt megkösse az aggregátumot. Míg a hagyományos cementnek 28 napra van szüksége ahhoz, hogy teljesen megszilárduljon, addig a biocement már 72 óra elteltével készen áll.

A biocementnek számos előnye van a hagyományos portlandcementtel szemben. Először is, nem igényel hőt, mivel a baktériumok már szobahőmérsékleten képesek elvégezni ezt a feladatot. Ezzel szemben a portlandcement előállításához a zúzott mészkövet az első szakaszban, a kalcinálás során 800 Celsius-fok fölé kell hevíteni, melynek során kalcium-oxid és szén-dioxid gáz keletkezik. A második, klinker képződési szakaszban a kalcium-oxid szilikátokkal egyesül 1300 Celsius-foknál magasabb kemence hőmérsékleten. Így 1 kg cement előállítása során körülbelül 1 kg szén-dioxid kerül a környezetbe.

A cement az urbanizáció éltető eleme – különösképp a Globális Dél terjeszkedő metropoliszaiban –, mivel olcsó és megbízható, azonban egyben az egyik legszennyezőbb. A beton a víz után a második legtöbbet fogyasztott anyag a Földön, a cementgyártás a globális CO₂-kibocsátás több mint 8%-át teszi ki, ami egyetlen iparág esetében óriási mennyiségnek számít. A biocement ezzel szemben aktívan köti meg a környezeti szenet, mivel a fent leírt folyamatnak a fordítottja játszódik le, s nincs szükség nagy hőre és fosszilis tüzelőanyagokra. Így jelenleg az építőanyagpiacon a biocement – ami a cég állítása szerint háromszor erősebb, mint a hagyományos cement, és 100 százalékban újrahasznosítható – a legalacsonyabb szénlábnyomú termék.  Ahhoz, hogy a cementágazat megfeleljen az éghajlatváltozásról szóló párizsi megállapodásnak, éves kibocsátását 2030-ig legalább 16%-kal kell csökkentenie, még akkor is, ha a globális cementtermelés várhatóan növekedni fog. Ginger Krieg Dosier, a Biomason társalapító vezérigazgatójának reményei szerint a biocement 2030-ra a betonipar globális szén-dioxid-kibocsátásának 25%-ára jelenthet megoldást.

A Biomason cég megoldásai és kutatásai a kereskedelmi forgalomban kapható előregyártott lapoktól a terepen tesztelt partvédelmi, talajstabilizálást segítő megoldásokon át a dinamikus logisztikai infrastruktúrák telepítéséig terjednek. Az előregyártott lapjuk, a Biolith egy olyan kisméretű "tégla", mely mind beltéren, mind kültéren, akár függőleges vagy vízszintes felületeken is alkalmazható. A svéd, kiskereskedelmi óriás H&M tavaly jelentette be, hogy az újonnan épülő és felújításra váró boltjainak padlóját Biolith-tel fogja burkolni. Ezzel az együttműködéssel, illetve Bert Bruggemannak, a Tesla autóipari gyártásért felelős korábbi alelnökének operatív igazgatóvá való kinevezésével a Biomason valódi szintlépést érhet el. Terveik szerint az új gyáruk évente a mostani 10.000 m² helyett 100.00 m² anyagot is képes lesz előállítani. S mivel a biocement és biolith pontosan ugyanúgy használható, mint más hagyományos építőanyagok, vagyis nincs szükség új módszerekre, képzésre vagy szerszámokra, sőt előállítása is könnyen beilleszthető a jelenlegi építő- és cementipari infrastruktúrába. Azaz már meglévő betongyártó létesítményekben is előállítható, nem kell sokat várni a mikrobiális beton szélesebb körű elterjedésére, ami talán utat nyithat egyéb innovatív, bioalapú megoldásoknak is.

Blaumann Edit
MOME Doktori Iskola hallgatója és Innovációs Központ kutatója

Szerk.: Hulesch Máté