Bouwmaterialen van de toekomst: van transparant aluminium tot gekweekte bakstenen

  • BioMASON ‘kweekt’ bakstenen met miljoenen bacteriën
  • Star Trek’s’ transparante aluminium is drie keer zo sterk als staal
  • Stelt grafeen ons straks in staat om 30 km hoge structuren te bouwen?
  • BlingCrete: opvallend, lichtreflecterend beton
  • 3D-geprinte Cool Bricks absorberen vocht en zorgen voor verkoeling
  • ‘Bevroren rook’ aerogel isolatiemateriaal bestaat voor bijna 99 procent uit lucht

We worden ons steeds meer bewust van de impact die bouwmaterialen op het milieu hebben. Nieuwe materialen worden steeds geavanceerder en futuristischer; sommige zijn geïnspireerd door de natuur en anderen zijn gemaakt van hele nieuwe, haast buitenaardse componenten. Er worden momenteel zoveel innovatieve materialen ontwikkeld dat het bijna onmogelijk is om het allemaal bij te houden. In dit artikel nemen we een kijkje bij de meest opvallende ontwikkelingen – van transparant aluminium tot gekweekte bakstenen – die het potentieel hebben om de architectuur en constructie in de toekomst volledig te revolutioneren.

BioMASON ‘kweekt’ bakstenen met miljoenen bacteriën

We bouwen al eeuwenlang met bakstenen. Ze zijn duurzaam en weer helemaal trendy. In veel moderne ‘industrial’ interieurs, met name in kantoren van startups en in luxueuze stedelijke appartementen, zien we tegenwoordig veel ‘kale’ bakstenen muren. De productie van bakstenen is echter een langdurig proces met een aanzienlijke impact op het milieu; ongeveer 8 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot wordt veroorzaakt door de productie van bakstenen. Dat is gelijk aan de koolstofuitstoot van ongeveer 170 miljoen auto’s. Eén bedrijf dat een alternatief heeft gevonden voor conventionele productiemethoden is biotechnologie startup BioMASON. Ze maken gebruik van een miljoenen-jaren oud proces waarbij zand geïnjecteerd wordt met micro-organismen. Zo bootsen ze na hoe koraal groeit – wat normaalgesproken duizenden jaren duurt – en veranderen dat in een sterk verkort proces van slechts een paar dagen. De BioMASON bakstenen zijn sterk genoeg voor gebruik in de bouw en produceren geen vervuiling zoals hun traditionele tegenhangers. De innovatieve aanpak van BioMASON is gebaseerd op een staafvormig organisme genaamd Bacillus, dat een micro-omgeving creëert waarin calciumcarbonaatkristallen worden gevormd. Aangezien het baksteen-kweekproces bij kamertemperatuur plaatsvindt, is verbranding van fossiele brandstoffen tijdens dit proces niet nodig. Sterker nog, tijdens het kweken van de bakstenen wordt koolstof zelfs uit de lucht geabsorbeerd. De natuurlijke kleur van de stenen is licht beige, maar ze kunnen in elke andere kleur geproduceerd worden. Ze kunnen zelfs zo gemaakt worden dat ze licht geven in het donker of dat ze van kleur veranderen als ze nat worden. De volgende stap is om de bakstenen ter plekke, op de bouwsite, te kweken.

Twee handen houden een BioMASON baksteen vast
De BioMASON bakstenen zijn sterk genoeg voor gebruik in de bouw en produceren geen vervuiling zoals hun traditionele tegenhangers.

Star Trek’s ‘transparante aluminium’ is drie keer sterker dan staal

Het sciencefiction-achtige ‘transparante aluminium’ kwam voor het eerst voor in de film Star Trek IV maar nu is het materiaal er ook in het echt. De revolutionaire keramische legering aluminium oxynitride wordt gecreëerd door stikstof, zuurstof en aluminium in precieze hoeveelheden samen te voegen. De eerste keer dat men erin slaagde om transparant aluminium te maken was toen onderzoekers aan de universiteit van Oxford een FLASH laser gebruikten om elektronen van aluminium te verwijderen zonder de kristallijne structuur te veranderen. Doorzichtig aluminium is drie keer zo sterk als staal, vier keer zo hard als gesmolten siliciumdioxide glas, 85 procent harder dan saffier en, zoals de naam al doet vermoeden, optisch transparant. Het materiaal is roest-, stralings- en oxidatiebestendig en kan gebruikt worden om ramen en koepels voor onderzeese- en ruimtevoertuigen te produceren of lenzen voor high impact camera’s of andere soorten veiligheidsglas. Je zou er zelfs wolkenkrabbers mee kunnen bouwen. Andere potentiële toepassingen zijn isolatoren en warmtestralingsplaten, doorschijnende keramiek, metaalmatrixcomposieten, hoogtemperatuurmaterialen en thermisch geleidende vulstoffen. De commerciële versie van transparant aluminium heet ALON. Het wordt gemaakt in monolithische ramen van 45 x 90 cm en kan gebruikt worden in de architectuur om glazen balkons en brandwerende ramen te maken – als de kosten voor het vervaardigen van het wonder’metaal’ ten minste dalen, want die zijn nog steeds vrij hoog. Het materiaal wordt momenteel gebruikt in transparante aluminiumverpakking voor elektronica, zoals computeronderdelen, maar met prijzen van $10 per 2,5 cm2 is het voorlopig nog niet kosteneffectief genoeg voor algemeen dagelijks gebruik.

Stelt grafeen ons straks in staat om 30 km hoge structuren te bouwen?

Een van de belangrijkste ontdekkingen van deze eeuw is wel het ultra-dunne materiaal grafeen. Het werd ongeveer 12 jaar geleden voor het eerst ontdekt en heeft het potentieel om bijna elke industrie in de wereld te revolutioneren, en met name de bouwsector. Het ultra-lichtgewichte en dunste materiaal dat we kennen is wel 200 keer sterker dan staal en houdt zelfs gassen tegen. Al deze eigenschappen lenen dit materiaal vrijwel onbegrensde mogelijkheden in de bouw, hoewel massaproductie door de hoge kosten nog niet tot de mogelijkheden behoort. Het kost ongeveer $500 om een gram grafeen te produceren. In de directe toekomst liggen de voordelen van het materiaal vooral in de mogelijkheden om als additief de eigenschappen van bijvoorbeeld polymeren, beton, harsen of staal te verbeteren. Grafeen, toegevoegd aan verf, kan een weerbestendige en versterkende coating bieden aan steen-, staal-, beton- en zelfs glasstructuren, waardoor de levensduur ervan sterk wordt verhoogd en de kosten op lange termijn lager worden. Dit zou het ook mogelijk maken om veel hogere structuren te bouwen. Sterker nog, men voorspelt dat dankzij grafeen zelfs 30 km hoge structuren in de toekomst tot de mogelijkheden behoren.

Een hexagonale atomische structuur die grafeen voorstelt
Het werd ongeveer 12 jaar geleden voor het eerst ontdekt en heeft het potentieel om bijna elke industrie in de wereld te revolutioneren, en met name de bouwsector.

BlingCrete: opvallend, lichtreflecterend beton

Verschillende soorten nieuw beton bevatten nu ook lichtgevende componenten, wat het saaie grijze materiaal vele malen veelzijdiger maakt. Doordat BlingCrete beton versterkt is met textiel en bedekt met een lichtreflecterende laag, maakt het speciale beton tal van potentiële toepassingen in de architectuur en design mogelijk. Dankzij de glazen microbolletjes in hightech en nano-geoptimaliseerd Quantz-beton – waardoor het retro-reflectieve eigenschappen krijgt – is het materiaal ook wel bekend as lichtreflecterend beton. Retro-reflecterende oppervlakken sturen stralen van natuurlijk of kunstmatig licht terug in de richting van de lichtbron – zoals de ogen van een kat op de weg in het donker. Hoe het oppervlak eruit ziet wordt beïnvloed door de afstand tussen het licht en de kijker, wat resulteert in een dynamische ervaring. Het materiaal is waterdicht zonder dat daar extra coatings voor nodig zijn. Ook is het vorstbestendig en kan het in hoekige of gebogen vormen gebruikt worden. BlingCrete is uitermate geschikt voor veiligheidsmarkering (platformkanten, trappen, tunnelpassages of voetgangersgebieden) en voor geïntegreerde signage- en begeleidingssystemen. BlingCrete is verkrijgbaar in verschillende kleuren en de grootte van de microbolletjes varieert van 0,7 mm tot 9 mm. Het materiaal wordt ook in verschillende texturen geproduceerd. Andere lichtreflecterende materialen moeten na een bepaalde tijd meestal vervangen worden of zijn vanwege brandgevaar ongeschikt voor gebruik in bepaalde ruimten. BlingCrete, daarentegen, is sterk, duurzaam, niet brandbaar en makkelijk te produceren, waardoor het een kosteneffectief en duurzaam product is. BlingCrete begon als een een experiment en onderzoek naar het retro-reflectiefenomeen als voorbereiding op een artistieke interventie in een stedelijke ruimte. Nu wordt het vervaardigd voor commerciële toepassingen in diverse industrieën.

3D-geprinte Cool Bricks absorberen vocht en zorgen voor verkoeling

Geïnspireerd door de eeuwenoude methode van verdampingskoeling heeft Cool Brick onlangs een 3D-geprint alternatief voor conventionele en dure HVAC-systemen geïntroduceerd. Het product werd ontwikkeld door Emerging Objects, een bedrijf gespecialiseerd in innovatieve 3D-geprinte componenten voor de architectuur en de bouw. Cool Brick is een systeem van poreuze keramische bakstenen die gebruikt worden om muren te bouwen die interieurs in droge, hete klimaten op natuurlijke manieren verkoelen. Elke baksteen wordt met een rastermotief geprint, waardoor een netwerk van kleine gaten of poriën ontstaat – een soort spons – waardoor vocht geabsorbeerd wordt. Zodra warme lucht door de poriën stroomt, wordt het vocht in de poriën verwarmd. Vervolgens verdampt het vocht waardoor de lucht in het gebouw afkoelt. Omdat Cool Brick modulair is, kunnen de stenen op verschillende manieren gestapeld worden, wat ingenieurs en architecten veel grotere designvrijheid geeft. Het cement tussen de stenen zorgt voor een sterk en duurzaam geheel. De unieke vormen van de bakstenen creëren schaduwrijke oppervlakken die de muur beschermen tegen de hitte van de zon.

Een close-up van een poreuze keramische Cool Brick-baksteen
Het product werd ontwikkeld door Emerging Objects, een bedrijf gespecialiseerd in innovatieve 3D-geprinte componenten voor de architectuur en de bouw.

‘Bevroren rook’ aerogel isolatiemateriaal bestaat voor bijna 99 procent uit lucht

In tegenstelling tot wat hun naam doet vermoeden zijn aerogels eigenlijk droge, harde en zeer poreuze vaste stoffen – gemaakt van gel – die een uniek ontwikkelingsproces hebben ondergaan. De gel wordt onder specifieke omstandigheden gedroogd om de vloeistof uit de gel te verwijderen. Dit resulteert in een uniek en ideaal isolatiemateriaal dat voornamelijk uit lucht bestaat. Aerogels kunnen van koolstof, silica, metaaloxide of organische polymeren gemaakt worden en voelen aan als een soort uitgezet polystyreen. Vanwege de doorschijnendheid van het materiaal wordt het ook wel harde-, bevroren- of blauwe rook genoemd. Hoewel aerogel zeer sterk is, kan het net als glas in scherven kapotbreken wanneer er hard op gedrukt wordt. Wel zijn er al nieuwere, verbeterde varianten in ontwikkeling die minder snel breken. Aerogels zijn een milieuvriendelijk en zeer effectief alternatief voor conventionele isolatiematerialen. Het materiaal is acht keer zo energiezuinig als polyurethaan en vier keer zo effectief als glasvezel. Het materiaal is zelfs bekroond om de milieuvriendelijke productiemethoden ervan. Aerogels hebben het potentieel om traditionele isolatiematerialen te vervangen en er wordt voorspeld dat het materiaal in de toekomst op grote schaal gebruikt wordt. Een nichemarkt zal in 2020 naar verwachting meer dan $612 miljoen bereiken.

Gratis e-books voor 13 sectoren.

De wereld verandert in snel tempo en dat heeft grote impact op all sectoren. Daarom hebben we voor maar liefst 13 sectoren een compact e-book ontwikkeld. Daarin vind je de laatste trends op een rij, onderbouwd met interessante statistieken.
Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Trendwatcher, futurist en internationaal topspreker Richard Van Hooijdonk neemt je mee naar een inspirerende toekomst die leven, werken en ondernemen drastisch gaat veranderen.

Alle Lezingen