Maken we binnenkort beton met urine?

Beton is overal ter wereld in opmars, maar heeft ook een grote klimaatimpact. Jaarlijks is voor de productie immers zo'n 4 miljard ton cement nodig, en daar wringt het schoentje. Conventioneel cement wordt gebakken bij temperaturen rond de 1450 graden - een bijzonder energieverslindend proces, dat erg veel broeikasgassen uitstoot.

Onderzoekers van verschillende instituten aan de Universiteit Stuttgart hebben daarom een nieuw type bouwmateriaal gezocht, in de vorm van biobeton. Het materiaal met een hoge druksterkte kan traditioneel zandsteen en in sommige gevallen ook conventioneel beton vervangen, zeggen de onderzoekers. Het cruciale ingrediënt in dat nieuwe beton: menselijke urine.

Bacteriën

‘We maken gebruik van biomineralisatie: een proces waarbij levende organismen via chemische reacties anorganisch materiaal produceren’, legt onderzoeker Maiia Smirnova uit.

Een mengsel van bacteriën en zand wordt drie dagen lang gespoeld met urine die verrijkt is met kalk. De afbraak van het ureum door de bacteriën, gecombineerd met de toegevoegde kalk, doet kristallen van calciumcarbonaat groeien, en zo stolt het zandmengsel tot een stevig bouwmateriaal.

‘Aan het einde van het proces ontstaat een vaste stof die chemisch vergelijkbaar is met natuurlijke kalkzandsteen’, zegt Smirnova. ‘Afhankelijk van de mal kunnen elementen in verschillende vormen en maten worden gemaakt, met een huidige maximale diepte van 15 centimeter.’

Veelbelovend

De eerste stalen tonen veelbelovende materiaaleigenschappen, zeggen de onderzoekers. Het product op basis van technisch ureum heeft een druksterkte van meer dan 50 megapascal bereikt, maar die is bij gebruik van menselijke urine voorlopig nog een pak minder. Daar willen de wetenschappers nu in de volgende fase op inzetten. Ze hopen een sterkte van 30 tot 40 megapascal te bereiken, voldoende voor gebouwen met twee tot drie verdiepingen.

Het productieproces verbruikt aanzienlijk minder energie en veroorzaakt minder schadelijke uitstoot dan de conventionele cementproductie. En er is ook al een concept ontwikkeld om de urine te scheiden en te verwerken op plekken met veel bezoekers, zoals bijvoorbeeld treinstations.

Tegelijkertijd zou dit proces secundaire waardevolle stoffen uit het afvalwater kunnen terugwinnen voor de productie van meststoffen voor de landbouw. ‘Door twee producten tegelijkertijd te produceren, vergroten we de milieuvoordelen’, zegt Smirnova.

Het betonproject is nu voor drie jaar verlengd door de Duitse overheid. In verdere laboratoriumtests willen de onderzoekers stoffen in menselijke urine identificeren die een negatief effect hebben op de activiteit van de bacteriën en daarmee op de kwaliteit van het biobeton.