211service.com
Groen Beton
Het beschermen van de gebouwde omgeving tegen de krachten van de natuur met dammen en zeeweringen is belangrijk werk (zie Nederland redden) , evenals het beschermen van de natuurlijke omgeving tegen de gemanipuleerde wereld. Maar de ingenieur van de 21e eeuw moet ook naar de natuurlijke wereld kijken als een krachtige ontwerppartner en een bron van duurzame oplossingen. Een goede plek om te beginnen is door de manier te bestuderen waarop natuurlijke materialen op nanoschaal worden geconstrueerd en er inspiratie uit te putten terwijl we onze eigen materialen ontwikkelen. Neem bijvoorbeeld het favoriete bouwmateriaal van de civiel ingenieur: beton, het oudste geconstrueerde bouwmateriaal en een van de meest gebruikte materialen op aarde, op de tweede plaats na water.
Elk jaar wordt 1,89 miljard ton cement - het belangrijkste bestanddeel van beton - geproduceerd, genoeg om één kubieke meter beton te produceren voor elke levende persoon. Helaas is cement een belangrijke bron van koolstofdioxide in de atmosfeer, vooral omdat het wordt gemaakt door fossiele brandstof te verbranden om kalksteen en kleipoeder te verwarmen tot 1500 ° C, waardoor de moleculaire structuur verandert. Wanneer het cementpoeder later wordt gemengd met water en grind, komt de geïnvesteerde energie vrij in chemische bindingen die calciumsilicaathydraten vormen - de lijm die het grind bindt om beton te maken. De productie van cement is goed voor naar schatting 7 tot 8 procent van alle door de mens gegenereerde kooldioxide-emissies.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2007
- Zie de rest van het probleem
- Abonneren
Als we een nieuw cement kunnen maken waarvan de fabricage slechts de helft minder koolstofdioxide produceert, zullen we een aanzienlijke vermindering van de totale uitstoot van koolstofdioxide bereiken. En menselijk bot kan ons laten zien hoe het moet.
De kracht van cement komt grotendeels van de manier waarop de calciumsilicaathydraten zichzelf assembleren tot deeltjes die samenpakken met de hoogst mogelijke dichtheid voor bolvormige objecten. Menselijk bot - of, meer precies, de apatietmineralen in bot - bereikt een zeer vergelijkbare pakkingsdichtheid op nanoschaal, maar het wordt vervaardigd bij lichaamstemperatuur zonder noemenswaardige afgifte van koolstofdioxide. Op nanoschaal heeft bot veel gemeen met beton: het bestaat grotendeels uit calcium; zijn sterkte vertoont een significante wrijvingscomponent; en collageeneiwitten helpen het te versterken, net zoals stalen staven beton versterken.
Met bot duurt de hydratatie en verharding van de apatietmineralen natuurlijk een maand of zo, meer tijd dan we ons op bouwplaatsen kunnen veroorloven. Maar als we een manier kunnen vinden om het proces na te bootsen en het te versnellen, kunnen we het repliceren om een nieuw bouwmateriaal te maken.
Dit is maar één voorbeeld van onderzoek dat is gebaseerd op de grenzeloze ontwerpen die de natuurlijke wereld biedt en daaruit fundamentele technische principes haalt.
Franz-Josef Ulm, een expert op het gebied van materialen, is een professor aan de afdeling Civiele en Milieutechniek van het MIT.