De productie en het verwerken van cement is verantwoordelijk voor ongeveer 8% van de wereldwijde koolstof uitstoot. De sector is hard op weg om groener te worden. En de belangrijkste stap in die transitie is de productie van cement dat klimaatneutraal is.
Onderzoekers van de Universiteit van Colorado denken nu een manier gevonden te hebben om duurzaam beton te maken door levende algen aan cement toe te voegen.
Een toevallige ontdekking
Wil Srubar, directeur van CU’s Living Materials Laboratory hield zich al langer bezig met koolstofverwijdering. Hij kwam op het idee om algen te gebruiken tijdens het snorkelen in Thailand op zijn huwelijksreis in 2017. Daar zag hij natuurlijke kalksteenstructuren in koraalriffen en vroeg zich af of de mens natuurlijke processen kon nabootsen om genoeg kalksteen voor cement te maken – in plaats van kalksteen uit steengroeven op te graven.
De onderzoekers industrialiseren de manier waarop koraalriffen en plankton kalksteen maken. De microalgen coccolithoforen die in oceanen bloeien, gebruiken zonlicht, zeewater en opgelost kooldioxide om calciumcarbonaat (kalksteen) te produceren, dat zich in hun lichamen en schelpen bevindt – en ze maken veel sneller kalksteen dan uitdijende koraalriffen.
Coccolithoforen zijn eencellige microalgen. Deze minuscule organismen zijn bedekt met microscopisch kleine plaatjes calciumcarbonaat, het mineraal dat de schelpen en skeletten vormt van veel zeedieren.
Wanneer deze plaatjes loslaten, zorgen de coccolithoforen er niet alleen voor dat het oceaanoppervlak er turkoois uitziet, maar ze sturen ook enorme hoeveelheden koolstof naar de diepe oceaan. (Koolstof een van de hoofdbestanddelen van calciumcarbonaat; een belangrijk bestanddeel van kalksteen.)
In feite verschuiven onderzoekers kalksteen productie van het uit de grond scheppen naar het zelf kweken met algen. De totale omschakeling van steengroeven naar de gekweekte kalksteen met behulp van coccolithophoren van microalgen kan ongeveer 2 gigaton per jaar aan kooldioxide-uitstoot reduceren.
Is cement van algen een realistische oplossing?
Net als gewone kalksteen moet dit alternatief nog steeds worden verhit en komt er dus koolstof vrij in de atmosfeer. Maar het eist een veel lagere tol van het milieu omdat het niet hoeft te worden gedolven en het groeiproces minstens evenveel koolstof uit de atmosfeer vasthoudt als bij de productie van beton wordt geproduceerd.
En de oplossing is gemakkelijk schaalbaar. Coccolithoforen produceren snel calciumcarbonaat, wat betekent dat de aanvoer kan worden opgevoerd.
Het is wel nog de vraag hoe kosteneffectief de methode zou zijn in vergelijking met de traditionele cementproductie.
We weten nog niet hoeveel de kosten van productie zouden dalen door deze techniek op te schalen. Maar mogelijk kan deze oplossing ook met andere kostendrukkende oplossingen worden gecombineerd. Zo bleek het ook al mogelijk om sterker cement te ontwikkelen waar je minder van nodig hebt. Als die oplossing samengaat met cement van algen, kan de combinatie mogelijk snel kosteneffectief zijn.
Daarnaast is het land dat nodig is om de algen te kweken mogelijke een belemmerende factor. De algen zouden moeten worden gekweekt in vijvers, en deze zouden in totaal ruwweg 2 miljoen hectaren beslaan om aan de behoeften van de Amerikaanse bouwindustrie te voldoen. Dat is ongeveer 0,5% van de Verenigde Staten. Dat is een behoorlijk grote hoeveelheid land. En daarmee is niet eens aan de wereldwijde vraag naar algen.
Met zo’n grote project is het ook belang om naar andere factoren te kijken zoals de aanvoer en het verdampen van water en het albedo effect (het effect waarbij water minder warmte terugkaatst uit de atmosfeer dan land).
Maar ook de ontwikkelingen in het efficiënter kweken van algen staat niet stil. In 2014 werd door de universiteit van Wageningen al geëxperimenteerd met torens om algen te kweken. Wie weer zijn de algen-boerderijen van de toekomst hoge flatgebouwen waarin honderden dunne lagen water optimaal algen produceren. En voor de productie van die algen is overigens een zeer grote hoeveelheid CO2 nodig.
De voordelen van biogeen cement
Traditioneel beton is een van de meest gebruikte materialen op aarde. Het wordt gemaakt door water en portlandcement tot een pasta te mengen en er zand, grind en steenslag door te kloppen voordat het verhardt.
Bij traditionele productie komt kalksteen uit steengroeven – vaak omstreden vanwege het vrachtverkeer en de aantasting van het landschap – dat wordt verbrand in ovens bij temperaturen van meer dan 2.500 graden. Bij de verbranding komt kooldioxide uit het kalksteengesteente in de atmosfeer terecht. Algen daarentegen maken op natuurlijke wijze calcium aan door middel van fotosynthese waarbij kooldioxide wordt vastgelegd.
De techniek kan zelf klimaatnegatief zijn omdat beton ook koolstof opslaat gedurende zijn leven.
Tot slot zouden, met de productie van dit nieuwe cement, steden er minder grijs uitzien omdat het nieuwe cement lichter van kleur is en meer zonlicht reflecteert. Hier werkt het albedo effect weer in het voordeel van deze klimaatoplossing, omdat witter cement niet zoveel warmte zou absorberen als grijs cement.
Bronnen:
* Universiteit Wageningen
* Interesting engineering