Een gebouw met scheuren in de wand? Als het aan Wil Srubar ligt, is dat binnenkort verleden tijd. In zijn lab ontwikkelde hij beton waar levende cyanobacteriën in zitten die vanzelf scheuren repareren. En dat is nog goed voor het milieu ook.
Het beton is ontwikkeld door Srubar en zijn team van het Living Materials Laboratory van de Universiteit van Colorado in Boulder. ‘We gebruiken al zo veel dode natuurlijke materialen, zoals hout. Waarom kunnen we het niet laten leven en ons voordeel halen uit de biologie?’, zegt Srubar. De publicatie over het beton verscheen 15 januari in het wetenschappelijke tijdschrift Matter.
Het produceren van het beton begint, zoals altijd, met zand. Daar wordt vervolgens gelatine aan toegevoegd om te zorgen dat er voldoende vocht en voedingsstoffen in zitten. Het laatste ingrediënt van het mengsel is een flinke hoeveelheid cyanobacteriën van het geslacht Synechococcus.
De bacteriën gebruiken onder andere koolstofdioxide (CO2) om calciumcarbonaat te maken. In plaats van CO2 te produceren, neemt dit beton dus juist CO2 op. Dit is een grote vooruitgang: de productie van beton zorgt jaarlijks voor 6 procent van de totale CO2 uitstoot op aarde. Het door de bacteriën gemaakte calciumcarbonaat reageert met de gelatine, die vervolgens de zandkorrels aan elkaar bindt en voilà: een betonsteen.
Drie generaties stenen
Het beton is net zo stevig als normaal beton, maar bevat levende materialen. Dit geeft de stenen niet alleen de mogelijkheid om zichzelf te herstellen, maar ook om te reproduceren. De bacteriekolonies kunnen exponentieel groeien, zolang er maar voldoende zand en gelatine wordt toegevoegd. Zo ontstaan er vanzelf nieuwe betonstenen.
Eén ‘moedersteen’ vormt zo binnen drie generaties acht nieuwe stenen. De onderzoekers kunnen dit proces zelf aan en uit zetten door de temperatuur aan te passen. Bij lage temperatuur zijn de bacteriën niet actief, maar overleven ze wel. Op hogere temperatuur gaan ze reproduceren.
De nieuw gemaakte betonstenen kunnen een aardig stootje hebben. Na 30 dagen is 9-14 procent van de bacteriën nog in leven. Ter vergelijking: van bacteriën die aan normaal beton worden toegevoegd om het te repareren, overleeft slechts zo’n 1 procent langer dan een maand.
Droge bacteriën
Voordat je het beton in je lokale bouwmarkt kunt kopen, is er wel nog een hoop te doen. Pas als het beton helemaal droog is, is het sterk genoeg. Dit gaat tegen de wil van de bacteriën in: die houden meer van vocht.
De bacteriën kunnen alleen overleven als de luchtvochtigheid hoog genoeg is: boven de 50 procent. De onderzoekers zijn nu bezig met het aanpassen van het DNA van de bacteriën, zodat deze ook in droogte kunnen overleven.
Lichtgevend beton
Ondanks deze kleine problemen is Srubar positief. Hij voorspelt dat we in de toekomst nog veel meer met dit materiaal kunnen. ‘Dit materiaal is de basis voor andere vernieuwende materialen die ontworpen worden om te interacteren met de omgeving. Dit is pas het begin’, zegt Srubar.
Zo voorspelt hij dat er beton kan worden gemaakt dat gifstoffen in de lucht kan detecteren en opnemen. Daarnaast kunnen cyanobacteriën onder bepaalde omstandigheden licht geven, waardoor we ook lichtgevend beton kunnen maken.
Erik Schlangen, professor voor experimentele micromechaniek bij de TU Delft, heeft er nog zo zijn twijfels bij. ‘Waarschijnlijk produceren deze bacteriën kalksteen. Dit kalksteen is veel minder stevig dan beton. Alle claims die gemaakt worden over de sterkte van door bacteriën gemaakt beton moeten met enige voorzichtigheid gelezen worden’, zegt hij.
Bovendien lijkt het opslaan van giftige stoffen hem geen goed idee. ‘We proberen in de bouw zoveel mogelijk te hergebruiken. Als er gif in het beton zit, is de keten vervuild,’ zegt Schlangen. Recycling is dan niet meer mogelijk.
Bouwen op Mars
Srubar ziet het vooral positief in en denkt dat we het beton ook kunnen gebruiken in gebieden met weinig grondstoffen. ‘Dit beton heeft vooral veel licht nodig voor de productie en weinig andere materialen. Dit maakt het geschikt voor bijvoorbeeld de woestijn’, zegt Srubar.
‘Sterker nog, we kunnen dit wellicht ook meenemen naar Mars. We gaan daar geen zakken cement mee naartoe slepen. Ik weet heel zeker dat wanneer wij naar Mars gaan, we de biologie met ons meenemen.’
Schlangen heeft hier slechts één opmerking over: ‘Het lijkt me nogal voorbarig, tenzij hij daar meer dan genoeg water heeft gevonden…’