Żywy cement tworzy solidny fundament zrównoważonego budownictwa
Urbanizacja, starzejąca się infrastruktura oraz coraz częstsze występowanie zagrożeń, takich jak trzęsienia ziemi, erozja gleby i osuwiska, powodują wzrost zapotrzebowania na usługi w zakresie stabilizacji gruntu. Zazwyczaj wiążą się one z poprawą trwałości i wodoodporności niestabilnych gleb poprzez dodanie spoiw chemicznych lub użyciu ciężkiego sprzętu do zagęszczenia gruntu. Rozwiązania te są jednak dalekie od ideału. Ponadto na placu budowy potrzebne są ogromne ilości energii do wytworzenia wysokiego ciśnienia niezbędnego do wtłoczenia środków stabilizujących do gruntu. Ponadto aktualnie stosowane rozwiązania oparte na popiele lotnym, wapnie i cemencie mogą powodować nieodwracalne szkody w wodach gruntowych i ekosystemach podpowierzchniowych.
Naprawa obiektów infrastruktury przyjazna dla środowiska
Projekt CEBREWA(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ERC), powstał w celu zaspokojenia kluczowej potrzeby przemysłowej, jaką jest stworzenie gotowych do wprowadzenia na rynek, innowacyjnych rozwiązań w zakresie stabilizacji gruntu opartych na biotechnologii, które są skuteczne i mniej szkodliwe dla środowiska. Projekt opierał się na przełomowych osiągnięciach innego projektu finansowanego przez ERC, BIOGEOS, w ramach którego opatentowano nowatorskie technologie biocementacji do zastosowań w budownictwie cywilnym, geotechnicznym i geośrodowiskowym. Zamiast środków chemicznych w rozwiązaniach tych wykorzystuje się mikroorganizmy do utwardzania luźnych gleb i naprawy materiałów budowlanych. „Wykorzystujemy proces tworzenia kalcytu za pośrednictwem mikroorganizmów, aby umożliwić glebom tworzenie własnych wiązań mineralnych, zamiast polegać na konwencjonalnych spoiwach syntetycznych”, wyjaśnia koordynatorka projektu CEBREWA, Lyesse Laloui, dyrektorka Laboratorium Mechaniki Gleby(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Lozannie (EPFL). Proces ten polega na wprowadzaniu do gleby wybranych mikroorganizmów (lub ich enzymów), które w wyniku swojej aktywności metabolicznej wytwarzają węglan wapnia. Te kryształy wapienia działają jak biologiczny cement wiążący otaczający je materiał. Założeniem projektu CEBREWA było wykazanie skuteczności tej technologii oraz przyspieszenie komercjalizacji rozwiązań gotowych do zastosowania w przemyśle. „Oceniliśmy technologię od skali pojedynczych porów po skalę pola”, mówi Laloui. „Wykorzystaliśmy do tego zaawansowane techniki obrazowania, badania laboratoryjne i modelowanie numeryczne. Zastosowaliśmy także duże bioreaktory do hodowli mikroorganizmów oraz przeprowadziliśmy pełnowymiarowe próby stabilizacji skarp”.
Skuteczność i większa siła
W trwającym 18 miesięcy projekcie udało się wykazać, że biocementację można przenieść z badań laboratoryjnych do zastosowań inżynieryjnych. Co więcej, próby terenowe wykazały możliwość osiągnięcia większej skuteczność i znacznej poprawy siły działania. „Opracowano również narzędzia projektowe i monitorujące, które wspierają wdrażanie tej technologii w takich zastosowaniach, jak ochrona przed erozją, poprawa nośności, stabilizacja skarp oraz wzmacnianie konstrukcji dróg”, dodaje Laloui. Kolejne kroki mają dotyczyć przyspieszenia wdrożenia przemysłowego poprzez dodatkową weryfikację w terenie, certyfikację międzynarodową (ISO, CE), standaryzację oraz procedury kontroli jakości. „Technologia ta jest już upowszechniana poprzez patenty oraz firmę Medusoil(odnośnik otworzy się w nowym oknie), która powstała jako spin-off EPFL”, mówi Laloui. „Aktualne prace koncentrują się na skalowaniu systemów produkcyjnych, rozszerzaniu zakresu zastosowań oraz włączeniu biocementacji do powszechnie stosowanych praktyk geotechnicznych”.
Biotechnologiczna stabilizacja gruntu gotowa do wprowadzenia na rynek
Laloui i jego zespół wyrażają przekonanie, że rynek tego biotechnologicznego rozwiązania do stabilizacji gruntu będzie się tylko rozwijał. Ekstremalne zjawiska pogodowe prawdopodobnie zwiększą potrzebę napraw dróg, linii kolejowych, nasypów, zbiorników wodnych i tam. Rosnący niedobór gruntów nadających się pod zabudowę oraz potrzeb rozbudowy istniejącej infrastruktury w celu zaspokojenia potrzeb rosnącej liczby mieszkańców obszarów miejskich również oznaczają konieczność szerszego stosowania metod stabilizacji gruntu. „Naszym celem jest znaczne obniżenie emisji dwutlenku węgla, zmniejszenie inwazyjności i zwiększenie przyjazności dla środowiska w procesie ulepszania gruntów bez pogorszenia parametrów inżynieryjnych”, podsumowuje Laloui. „Korzyści dzięki nowej generacji zrównoważonych technologii stabilizacji gruntu mogą odnieść właściciele infrastruktury, wykonawcy, agencje publiczne oraz społeczności narażone na zagrożenia geologiczne”.