De cement- en betonindustrie is verantwoordelijk voor maar liefst 8% van de wereldwijde CO2-uitstoot. Maar wat als we dit probleem zouden kunnen omdraaien?
Wetenschappers van Northwestern University hebben een innovatieve methode ontwikkeld waarmee CO2 niet alleen wordt vastgelegd, maar ook wordt omgezet in duurzame bouwmaterialen. Dit proces maakt gebruik van zeewater, elektriciteit en koolstofdioxide. De methode heeft potentieel om de bouwsector radicaal te verduurzamen.
CO2 omzetten in bouwmaterialen
In plaats van CO2 simpelweg op te slaan in de bodem, zoals veel huidige carbon capture & storage (CCS)-technologieën doen, zet de nieuwe methode van Northwestern University CO2 om in vaste, bruikbare materialen. Deze kunnen vervolgens dienen als vervanging voor zand en grind in beton, maar ook als grondstof voor cement, pleisterwerk en verf.
Dit betekent niet alleen dat CO2 permanent uit de atmosfeer wordt gehaald, maar ook dat er minder nieuwe grondstoffen nodig zijn. De productie van beton en cement, een van de grootste uitstoters van CO2, kan zo een circulair proces worden waarin broeikasgassen worden omgezet in duurzame bouwmaterialen.
Geïnspireerd door de natuur
De techniek die de wetenschappers hebben ontwikkeld, is afgekeken van de natuur. Koraalriffen en schelpdieren vormen hun kalkachtige structuren door calcium en koolstof uit zeewater te halen en om te zetten in calciumcarbonaat. De onderzoekers bootsen dit proces na, maar gebruiken elektriciteit in plaats van biologische energie.
Door een zwakke elektrische stroom door zeewater te leiden, splitsen ze watermoleculen in waterstof en hydroxide-ionen. Wanneer CO2 vervolgens wordt toegevoegd, ontstaat een chemische reactie waarbij hydroxide- en bicarbonaationen zich binden aan calcium en magnesium in het water. Het resultaat: vaste mineralen zoals calciumcarbonaat en magnesiumhydroxide, die CO2 permanent vasthouden.
Volledige controle over eindproduct
Een belangrijke doorbraak van het onderzoek is dat de onderzoekers volledige controle hebben over de structuur en samenstelling van het eindproduct. Door factoren zoals de spanning en stroomsterkte van de elektriciteit, de timing en duur van de CO2-injectie en de circulatiesnelheid van het zeewater aan te passen, kunnen ze de eigenschappen van het materiaal sturen.
Afhankelijk van de omstandigheden kunnen de resulterende materialen dichter en harder of juist poreuzer en vlokkiger worden gemaakt. Dit maakt ze geschikt voor uiteenlopende toepassingen, van beton en cement tot pleisterwerk en verf.
Vervanger voor zand en cement
Een groot voordeel van dit proces is dat de geproduceerde materialen zand en grind in beton kunnen vervangen. Op dit moment wordt zand gewonnen uit rivierbeddingen, kustgebieden en de oceaanbodem, wat leidt tot ecologische schade en schaarste. Door deze methode toe te passen, kan de bouwsector gebruik maken van een duurzaam en synthetisch alternatief, geproduceerd met hernieuwbare energie en CO2 uit de lucht.
Daarnaast kunnen de materialen direct worden toegepast in cementproductie. Afhankelijk van de mineralensamenstelling kunnen ze meer dan de helft van hun gewicht aan CO2 opslaan. Dit betekent dat een ton van dit materiaal meer dan een halve ton CO2 kan vastleggen.
Schone waterstof als bijproduct
Naast de productie van bouwmaterialen heeft dit proces nog een bijkomend voordeel: de productie van waterstofgas. Waterstof wordt gezien als een veelbelovende schone energiebron, met toepassingen in transport en industriële processen. Dit betekent dat het proces niet alleen CO2 vastlegt, maar ook een bijdrage kan leveren aan de energietransitie.
Koolstofnegatief bouwen
De onderzoekers van Northwestern University werken samen met bouwmaterialenbedrijf Cemex om deze technologie op grote schaal toe te passen. In plaats van CO2 rechtstreeks in de oceaan te injecteren, stellen ze voor om modulaire reactoren te bouwen die de chemie van het water nauwkeurig kunnen reguleren. Dit zou het mogelijk maken om direct bij cement- en betonfabrieken CO2 uit de uitstoot te halen en om te zetten in bouwmaterialen, zonder schade aan het mariene ecosysteem.
Als deze technologie breed wordt toegepast, kan de cementindustrie – momenteel een van de grootste vervuilers ter wereld – veranderen in een industrie die CO2 actief uit de lucht haalt. Het idee van cement dat CO2 vreet in plaats van uitstoot, komt daarmee een stap dichterbij de realiteit.
