Wetenschappers van MIT hebben beton ontwikkeld dat niet alleen bouwmateriaal is, maar ook stroom kan opslaan. Vijf kubieke meter, ongeveer een grote muur – kan genoeg energie leveren voor een volledig huishouden.
Beton is al eeuwenlang de ruggengraat van onze steden. Maar wetenschappers van MIT hebben een manier gevonden om het materiaal ook als energiebron te gebruiken. Hun innovatie, electron-conducting carbon concrete of ec3, kan elektriciteit opslaan en weer afgeven, waardoor muren, trottoirs en zelfs bruggen kunnen fungeren als gigantische batterijen.
Volgens de studie, gepubliceerd in PNAS, is de energiedichtheid van ec3 recent met een factor tien toegenomen. Waar in 2023 nog 45 kubieke meter nodig was om de dagelijkse stroombehoefte van een huishouden te dekken, volstaat nu ongeveer 5 kubieke meter – ongeveer de grootte van één kelder- of grote muur.
Betonbatterij
Het materiaal bestaat uit cement, water, ultrafijne carbon black en elektrolyten. Tijdens het uitharden vormt zich een geleidende nanostructuur die energie kan opslaan. Met behulp van FIB-SEM-tomografie brachten de onderzoekers dit netwerk laag voor laag in kaart. Ze ontdekten dat het carbon black een fractaalachtig web rond de poriën vormt, waardoor elektrolyten kunnen binnendringen en stroom kan vloeien.
“Het begrijpen van hoe deze materialen zichzelf op nanoschaal organiseren, is cruciaal voor het ontwikkelen van multifunctionele betonconstructies,” legt projectleider Admir Masic uit.
Werkt zelfs op zeewater
De onderzoekers testten verschillende elektrolyten en ontdekten dat zelfs zeewater werkt. Dat opent deuren voor toepassingen aan de kust of bij offshore windparken, waar funderingen direct energie kunnen opslaan. Bovendien werden de elektrolyten nu al tijdens het gieten van het beton toegevoegd in plaats van er later in te weken, wat dikkere en krachtigere elektroden oplevert.
Het grootste effect werd bereikt met organische elektrolyten zoals acetonitril. Een kubieke meter ec3 kan hiermee meer dan 2 kWh opslaan – genoeg om bijvoorbeeld een koelkast een hele dag te laten draaien.
Reeds getest in de praktijk
De onderzoekers bouwden een kleine ec3-boog die een LED van stroom voorzag. Zodra er druk op kwam, begon het lampje te flikkeren. Dit is een eerste stap richting gebouwen die hun eigen structurele gezondheid kunnen monitoren.
Bovendien is ec3 al getest in de praktijk: in Sapporo, Japan, verwarmden trottoirs zichzelf in de winter dankzij de thermische geleidbaarheid van het beton. Toekomstige steden zouden dus muren kunnen hebben die niet alleen energie opslaan, maar ook warmte leveren.
Grootschalige energieopslag zonder schaarse materialen
Masic vergelijkt de doorbraak met de bouwinnovaties van de Romeinen, die duizenden jaren geleden de eerste grote stappen zetten in betonontwikkeling. “Als we hun geest combineren met moderne nanowetenschap, staan we aan de vooravond van een nieuwe bouwrevolutie,” zegt hij.
Het grootste voordeel van ec3 is dat het grootschalige energieopslag mogelijk maakt zonder schaarse of schadelijke materialen, zoals die in conventionele batterijen. “Zonne-energie werkt alleen als de zon schijnt,” legt eerste auteur Damian Stefaniuk uit. “Met ec3 kun je die energie opslaan en gebruiken wanneer je hem nodig hebt.”
Beton dat meer kan dan dragen
Wat nu nog een laboratoriumexperiment is, zou in de toekomst onze manier van bouwen radicaal kunnen veranderen. Van bruggen die energie leveren aan elektrische voertuigen tot flatgebouwen die functioneren als wijkbatterij: multifunctioneel beton maakt de scheidslijn tussen bouwmateriaal en energie-infrastructuur steeds vager.
