Vědci z Nanyang Technological University v Singapuru (NTU Singapore) objevili metodu výroby biocementu z odpadu, díky níž je tato alternativa k tradičnímu cementu ekologičtější a udržitelnější.
Biocement představuje druh obnovitelného cementu, který využívá bakterie k vytvoření tvrdnoucí hmoty. Nový biocement konkrétně vzniká z interakce dvou běžných odpadních materiálů: průmyslových karbidových kalů a močoviny (z moči savců).
Výzkumný tým vedený profesorem Chu Jianem, předsedou Fakulty stavebního a environmentálního inženýrství, ukázal ve výzkumné práci zveřejněné 22. února 2022 v časopise Journal of Environmental Chemical Engineering, že jejich biocement by se mohl potenciálně stát udržitelnou a nákladově efektivní metodou pro zkvalitnění půdy, například pro její zpevnění, také pro použití ve stavebnictví nebo při výkopových pracích, ke kontrole eroze na plážích, snížení prašnosti nebo větrné eroze v poušti či k budování sladkovodních nádrží na plážích nebo v poušti. Lze jej také použít k utěsnění trhlin ve skále, a dokonce i k opravám památek, jako jsou skalní rytiny a sochy.
„Biocement je udržitelnou a obnovitelnou alternativou tradičního cementu a má velký potenciál pro využití ve stavebních projektech, které vyžadují úpravu půdy," uvedl profesor Chu, který je zároveň ředitelem Centra pro městská řešení NTU. „Díky našemu výzkumu je biocement ještě udržitelnější, protože jako suroviny využívá dva druhy odpadního materiálu. V dlouhodobém horizontu to nejen zlevní výrobu biocementu, ale také sníží náklady spojené s likvidací odpadu."
Moč, bakterie a vápník: Jednoduchý recept na biocement
Proces výroby biocementu vyžaduje méně energie a produkuje méně emisí uhlíku ve srovnání s tradičními metodami výroby cementu. Biocement týmu NTU je vytvořen ze dvou druhů odpadního materiálu: průmyslových karbidových kalů - odpadního materiálu z výroby acetylenového plynu, pocházejícího ze singapurských továren - a močoviny obsažené v moči.
Tým nejprve zpracovává karbidový kal kyselinou, aby vznikl rozpustný vápník. K rozpustnému vápníku se poté přidá močovina, která vytvoří cementační roztok. Do tohoto cementačního roztoku pak tým přidá bakteriální kulturu. Bakterie z kultury náskedně rozkládají močovinu v roztoku za vzniku uhličitanových iontů. Tyto ionty reagují s ionty rozpustného vápníku v procesu zvaném mikrobiálně indukované srážení kalcitu (MICP). Touto reakcí vzniká uhličitan vápenatý - tvrdý, pevný materiál, který se přirozeně vyskytuje v křídě, vápenci a mramoru.
Když tato reakce probíhá v půdě nebo písku, vzniklý uhličitan vápenatý spojuje částice půdy nebo písku dohromady, čímž zvyšuje jejich pevnost. Zemina vyztužená biocementem má pevnost v tlaku bez omezení až 1,7 megapascalu (MPa), což je více než pevnost stejné zeminy upravené pomocí stejného množství cementu.
Udržitelná alternativa k cementu
Výroba biocementu je ekologičtější a udržitelnější než metody používané k výrobě tradičního cementu. „Součástí procesu výroby cementu je spalování surovin při velmi vysokých teplotách nad 1 000 stupňů Celsia. Při tomto procesu vzniká velké množství oxidu uhličitého," uvedl profesor Chu. „Náš biocement se však vyrábí při pokojové teplotě, aniž by se cokoli spalovalo. Jedná se tedy o ekologičtější, energeticky méně náročný a uhlíkově neutrální proces."
Podle doktorky Yangové je to velmi důležité, protože se jedná o technologii s vysokou účinností: „V Singapuru jsou karbidové kaly považovány za odpadní materiál. Je to však dobrá surovina pro výrobu biocementu. Získáváním vápníku z karbidových kalů dosáhneme udržitelnější výroby, protože nemusíme používat materiály jako vápenec, který se musí těžit z hor." Profesor Chu dodává: „Vápenec je omezený zdroj - jakmile jednou dojde, je nenávratně pryč. Těžba vápence ovlivňuje i naše přírodní prostředí a ekosystém."
Výzkumný tým tvrdí, že pokud by se podařilo výrobu biocementu rozšířit na úroveň výroby tradičního cementu, byly by celkové náklady na jeho výrobu ve srovnání s náklady na výrobu běžného cementu nižší, což by z biocementu učinilo ekologičtější a zároveň i levnější alternativu cementu.
