Ekspertintervjuet: Bygg med bakterier - Energi og Klima

Ekspertintervjuet: Bygg med bakterier

Med biosement kan man lage strukturer som er nesten like sterke som betong. Og det helt uten fossile utslipp. Men det er ennå et stykke unna at bakteriene utkonkurrerer sementfabrikken, forteller Anja Røyne fra Universitetet i Oslo.

Dette elektronmikroskopbildet viser hvordan bakterier har limt sammen to sandkorn med sement. Kan sement produsert av bakterier gjøre sementindustrien mer klimavennlig? – Det kan i alle fall være del av løsningen, sier Anja Røyne, som leder prosjektet BioZEment 2.0. Foto: Yi Jing Phua/UiO

2°C: – Hvordan lages egentlig sement tradisjonelt? Og hvordan brukes det i betong?

Anja Røyne: – Vanlig betong består av sand og grus som er limt sammen av sement. Betong er sement med sand og grus oppi, så det blir en slags stein.

For å lage sementen, trenger man først og fremst kalkstein, sammen med leire og noen andre komponenter. Dette varmes opp til veldig høy temperatur. Når du har gjort det, får du et stoff som er veldig reaktivt – altså ustabilt, det vil veldig gjerne reagere med vann om det får sjansen. Og når det reagerer med vann, dannes et nytt, fast stoff som inneholder vannet i krystallene. Det er disse krystallene som fungerer som limet som holder sandet og grusen sammen i betong.

Ekspertintervjuet:

Foto: UiO

Navn: Anja Røyne
Stilling: Forsker, Kondenserte fasers fysikk, UiO
Aktuell: Har forsket på biosement i flere år, og er leder for prosjektet BioZEment 2.0

– Hvorfor er sementproduksjon så ille for klimaet?

Vi støtter Tograder-prosjektet:

– For det første: Det at du må varme opp prosessen til over 1000°C, krever masse energi. Her bruker man ofte fossilt brensel, som i seg selv slipper ut CO2. Man kan selvsagt brenne for eksempel avfall, eller brukt andre energikilder, noe man også forsker på for å gjøre prosessen renere. Men selv med en helt utslippsfri energikilde vil det være utslipp. Fordi, og for det andre, det slippes ut CO2 under behandlingen av kalksteinen.

Kalsktein ble dannet for mange millioner år siden, av dyr i havet som hadde skjell. Disse skjellene besto av krystaller laget av kalsium, som du finner i sjøvannet, og karbonat, som egentlig bare er CO2 oppløst i vann. Da dyrene døde, sank de til bunns, ble dekket med sedimenter, og over tid og med økende trykk til slutt omdannet til stein. Dette er med andre ord et karbonlager fra mange millioner år siden, litt på samme måten som fossile brensler. Når du varmer opp kalksteinen, går skjellkrystallene i stykker, og CO2 frigis igjen som gass. Hvis du ikke fanger den på stedet, slippes den altså ut i atmosfæren. Dette er en grunnleggende del av sementproduksjonen, og noe vi ikke kommer unna. Det er en prosess som gir CO2-utslipp.

– Men så har vi altså biosement. Hva er det?

– Det er noe som kan være et alternativ, i alle fall til deler av bruken som vi i dag bruker sement og betong til. Biosement produseres av bestemte bakterier, som dersom det også er kalsium til stede, kan produsere krystaller omtrent som i sement. Fordelen med slike prosesser er for det første at de ikke krever høy temperatur – disse bakteriene trives ved romtemperatur, og trenger derfor ikke mer energi enn de spiser. For det andre bryter vi ikke ned fossil kalkstein. Altså medfører dette ikke noen utslipp av fossilt CO2.

– Hvilke utfordringer er det ved biosement?

– Vi tar jo her en løsning som er ikke-biologisk, altså at vi bare bruker stein og mye energi, og erstatter med biologisk materiale. Det fører til noen litt spesielle utfordringer. For det første må bakterier spise, de må ha næring, eller energi. Det enkleste er da å fore dem med sukker. Det er problematisk, for da risikerer man – når man eventuelt får produksjonen opp i skala – at man må lage store mengder mat til disse bakteriene. Det kan i neste omgang bety at produksjon av betong kan konkurrere med matproduksjon. Det vil man unngå. Man kan da forsøke å finne annen biomasse, for eksempel avfall fra jord- og skogbruk, og dette er noe av det som det forskes på nå.

For det andre er det kjemiske miljøet inne i materialet annerledes med biosement enn med vanlig. Vanlig betong blir veldig basisk, altså det får høy pH, når vi får inn vann. Det beskytter stålet mot rust, dermed er det perfekt å bruke med stål som armering. Men bakteriesement har lavere pH, Derfor får man ikke samme beskyttelsen mot rust, og det kan svekkes raskere. Derfor må man bruke andre fibre til armering, det er også noe man jobber med.

For det tredje, og dette er kanskje den største utfordringen: Den enkleste biologiske prosessen som disse bakteriene gjør for oss, for å få krystallene til å dannes, krever i tillegg til kalsium at de tilføres et slags nitrogengjødsel, urea. Dette er et stoff som brukes i mange prosesser, og er tilgjengelig. Problemet er at det i dag først og fremst produseres fra naturgass. Så også her har vi en kilde til utslipp. I tillegg kan det gi utslipp av ammoniakk, som kan gi ytterligere miljøproblemer, hvis det havner på feil sted. Her er må vi enten finne måter å begrense bruken, eller finne andre ingredienser som kan erstatte urea.

Til slutt: Når bakterier skal spise noe, lager de avfallsstoffer – og det er ikke alltid noe vi vil ha. Vi må ha styr på alle systemene og alle prosessene, og det blir nokså komplekst etter hvert.

– Hvor langt i prosessen har man kommet? Er dette tilgjengelig for salg? Kan produksjonen skaleres opp?

– Det er noe det jobbes med, men vi er fortsatt på et ganske tidlig stadium, så det er vanskelig å si noe generelt om hvor stort det kan bli. Det er viktig også å påpeke at det ikke bare er vi som har funnet opp dette, det er mange forskere og selskaper som jobber med ulike elementer i prosessen, og ulike produkter. Det finnes for eksempel allerede et kommersielt selskap som lager murstein basert på denne typen metode.

Andre igjen bruker det til reparasjon av tradisjonell betong. En måte å få ned utslippene i byggebransjen på, er nemlig å få bygningene vi har til å vare lengre. Tradisjonell betong vil på ett eller annet tidspunkt begynne å slå sprekker. Da får du vanninntrenging, armeringen kan ruste og konstruksjonen svekkes. Da går det an å spraye en løsning av bakterier på betongen som trenger inn i sprekkene og reparere den. Det er også noen som jobber med betong som reparerer seg selv: Da lager man vanlig betong, men bygger inn kapsler av biosement-bakterier som sover, pluss en liten «matpakke» de kan fortære. Når vannet trenger inn, sprekker kapselen. Bakteriene våkner, spiser matpakken og produserer nytt sementlim. Denne prosessen er fortsatt et stykke unna å være kommersielt tilgjengelig.

Til slutt er det flere pilotprosjekter på gang der man bruker en liknende metode på å stabilisere grunn som ellers er vanskelig å bygge på: I stedet for å grave ut sand og fylle i betong, kan man pumpe bakterieløsning rett inn i sandgrunn, sammen med næring og kalsium, og så lages sementkrystallene rett på sanden, og man får hard grunn å bygge på.

Alt dette er prosjekter i ulike stadier, som det jobbes med å forbedre og skalere opp. Vi jobber også med å få dette opp i skala, og har søkt et patent på hovedprinsippet i metoden vi jobber med. Men det er fortsatt et stykke igjen til at vi vet hvordan vi kan bygge sement mest mulig effektivt, og sterkt og holdbart nok. Vi er ikke der helt ennå. Det gjenstår fortsatt utfordringer. Byggebransjen er dessuten konservativ, med god grunn: Bygninger skal helst stå noen tiår. Derfor vil det ta lang tid fra utvikling av et helt nytt byggemateriale til vi ser det tatt ordentlig i bruk.

– Men på sikt – vil dette kunne utkonkurrere tradisjonell sementproduksjon?

– Jeg tror ikke det vi holder på med vil være hele løsningen, men kanskje en del av det. Betong brukes i utrolig mye, og det vi ser som vanskeligst å utfordre, er den betongen med veldig høy styrke med stålarmering. Den som du for eksempel ser i skyskrapere. Samtidig er det et stort spenn i kravene til styrke på betong som brukes. På de områdene der det er lavest krav til styrke, ser jeg for oss at det vil bli konkurranse fra biosement. I det veldig lange løp, hvis man skal slutte å slippe ut CO2, man gjøre noe drastisk med produksjonen av byggematerialer. Da er det viktig å utforske alle disse alternativene.

– Til slutt: Er det andre måter man kan gjøre sementproduksjon mer klimavennlig på?

– Det måtte vært CO2-fangst og -lagring, CCS. Du har jo en lokalisert kilde av utslipp i fabrikken din. Har du et godt system for fangst og lagring, vil det være naturlig å sette det i verk der du driver sementproduksjon. Og dette jobbes det jo med i Norge, simpelthen fordi man med tradisjonell produksjon av sement få karbonutslipp.

Bli abonnent!

2°C drives av

I samarbeid med

Støttes av

Skriv en kommentar

Debattregler på Energi og Klima