Wat als cement niet alleen bouwt, maar ook energie opwekt? Een baanbrekende Chinese innovatie maakt het werkelijkheid.
Cement dat elektriciteit opwekt én opslaat: het klinkt als sciencefiction, maar onderzoekers van Southeast University in China hebben het werkelijkheid gemaakt.
Onder leiding van professor Zhou Yang ontwikkelde het team een cement-hydrogelcomposiet dat niet alleen structurele stevigheid biedt, maar ook functioneert als energiebron voor sensoren en slimme systemen in infrastructuur.
Volgens het onderzoek, gepubliceerd in Science Bulletin, zou deze technologie een fundamentele verschuiving kunnen betekenen voor de bouw van slimme steden.
Geïnspireerd door de natuur
Het idee voor deze revolutionaire innovatie komt uit de natuur. De onderzoekers lieten zich inspireren door de gelaagde structuur van plantenstengels. Ze bouwden een cementstructuur op met afwisselende lagen van traditioneel cement en polyvinylalcohol (PVA)-hydrogel.
Deze lagen maken gebruik van een natuurkundig fenomeen: het ionische thermo-elektrisch effect. Cement heeft van nature een zwakke capaciteit om temperatuurverschillen om te zetten in elektriciteit. Maar het probleem was altijd dat de dichte cementmatrix de ionenmobiliteit blokkeerde.
De hydrogel lost dat probleem slim op. Het versnelt de beweging van hydroxide-ionen (OH⁻), terwijl calciumionen (Ca²⁺) op strategische plekken worden vastgehouden. Die combinatie versterkt het verschil in ionensnelheid — en daarmee het vermogen om stroom op te wekken.
10x betere prestaties
De prestaties van het nieuwe materiaal zijn indrukwekkend. Het behaalt een Seebeck-coëfficiënt van −40,5 mV/K en een figuur van verdienste (ZT) van 6,6×10⁻². Dat is respectievelijk tien en zes keer beter dan wat tot nu toe mogelijk was met cement-gebaseerde thermo-elektrische materialen.
Het geheim zit hem in de gelaagde architectuur. Elke laag fungeert als een energiecomponent, terwijl de interfaces tussen cement en hydrogel fungeren als actieve zones voor ioneninteractie. Dat geeft niet alleen betere stroomproductie, maar zorgt ook voor verrassend goede mechanische eigenschappen.
Anders gezegd: het is stevig genoeg om wegen, bruggen of gebouwen van te maken — terwijl het tegelijkertijd energie levert.
Energie in het beton zelf
Een van de meest veelbelovende aspecten is dat dit materiaal ook energie kan opslaan. Denk aan bruggen die hun eigen structurele integriteit monitoren, of trottoirs die via temperatuurverschillen energie opwekken om straatverlichting of verkeerssensoren aan te drijven — zonder dat er externe stroomvoorziening nodig is.
Dit sluit perfect aan bij de ambities van ‘smart cities’, waar infrastructuur niet alleen statisch is, maar actief deelneemt aan dataverzameling, monitoring en communicatie.
Minder uitstoot, meer functionaliteit
Tijdens de jaarlijkse SynBioBeta-conferentie werd in de sessie “Conquering Carbon Emissions From the Concrete Industry” uitgebreid gesproken over de impact van beton op klimaatverandering. Innovaties zoals deze cement-hydrogelcomposiet kunnen helpen om de CO₂-voetafdruk van de bouwsector aanzienlijk te verlagen.
Innovaties in de betonindustrie staan dan ook niet stil. Zo ontwikkelden Amerikaanse onderzoekers recent nog een betonvariant die CO2 kan absorberen. Zulke doorbraken wijzen op een toekomst waarin beton niet langer een klimaatzorg is, maar juist een onderdeel van de oplossing.
Door cement niet alleen als bouwmateriaal maar ook als energiecomponent te benutten, worden extra materialen zoals bekabeling en batterijen overbodig — wat indirect leidt tot minder grondstofverbruik én energieverspilling.
Wat nu?
Hoewel de technologie zich nog in een experimenteel stadium bevindt, biedt ze een veelbelovende blik op de toekomst van duurzame infrastructuur. Slim beton dat stroom opwekt en opslaat, zou binnen afzienbare tijd de norm kunnen worden in nieuwe stedelijke projecten.
De combinatie van bio-geïnspireerde innovatie, hoge prestaties en structurele betrouwbaarheid maakt dit materiaal tot meer dan een curiositeit. Het is een stap richting een wereld waarin onze gebouwen zélf meewerken aan een schonere en slimmere toekomst.
