Grön Betong

Att skydda den byggda miljön från naturens krafter med dammar och strandvallar är ett viktigt arbete (se Saving Holland) , liksom att skydda den naturliga miljön från den tekniska världen. Men 2000-talets ingenjör bör också se till naturen som en kraftfull designpartner och en källa till hållbara lösningar. Ett bra ställe att börja är genom att studera hur naturliga material är konstruerade i nanoskala och hämta inspiration från dem när vi konstruerar våra egna material. Ta till exempel civilingenjörens val av byggmaterial: betong, det äldsta tekniska byggmaterialet och ett av de mest använda materialen på jorden, näst efter vatten.





Varje år tillverkas 1,89 miljarder ton cement – ​​den primära komponenten i betong – tillräckligt för att producera en kubikmeter betong för varje levande person. Tyvärr är cement en viktig källa till atmosfärisk koldioxid - till stor del för att det tillverkas genom att förbränna fossilt bränsle för att värma ett kalksten och lerpulver till 1 500 °C, vilket förändrar dess molekylära struktur. När cementpulvret senare blandas med vatten och grus frigörs den investerade energin till kemiska bindningar som bildar kalciumsilikathydrater – limmet som binder gruset till betong. Tillverkningen av cement står för uppskattningsvis 7 till 8 procent av alla mänskliga genererade koldioxidutsläpp.

Andra jorden

Den här historien var en del av vårt julinummer 2007

  • Se resten av frågan
  • Prenumerera

Om vi ​​kan konstruera ett nytt cement vars tillverkning endast producerar hälften så mycket koldioxid, kommer vi att uppnå en betydande minskning av de totala koldioxidutsläppen. Och mänskligt ben kan visa oss hur man gör det.



Cementens styrka kommer till stor del från hur kalciumsilikathydraterna självbildar sig till partiklar som packas ihop med högsta möjliga densitet för sfäriska föremål. Mänskligt ben – eller, mer exakt, apatitmineralerna i ben – uppnår en mycket liknande packningsdensitet på nanoskala, men det tillverkas vid kroppstemperatur utan märkbar frisättning av koldioxid. På nanoskala har ben mycket gemensamt med betong: det består till stor del av kalcium; dess styrka visar en betydande friktionskomponent; och kollagenproteiner hjälper till att förstärka det, ungefär som stålstänger förstärker betong.

Naturligtvis, med ben, tar återfuktningen och härdningen av apatitmineralerna någon månad eller så, mer tid än vi har råd med på byggarbetsplatser. Men om vi kan hitta ett sätt att efterlikna processen och påskynda den, kan vi replikera den för att skapa ett nytt byggmaterial.

Det här är bara ett exempel på forskning som bygger på den gränslösa designen som den naturliga världen erbjuder – och utvinner grundläggande tekniska principer från dem.



Franz-Josef Ulm, en materialexpert, är professor vid MIT:s institution för civil- och miljöteknik.

Dölj