Terwijl de wereld ermee worstelt klimaatverandering, we dringend manieren moeten vinden om onze CO2-uitstoot te verminderen? uitstoot. Sectoren die sterk afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen, zoals energie en luchtvaart, worden meestal beschouwd als de ergste overtreders. Maar wat de meeste mensen zich niet realiseren, is dat er een andere dader is die zich in het zicht verbergt; in de straten van onze steden en in de gebouwen waar we wonen en werken.
Alleen al in 2007 staal en beton waren ze allemaal verantwoordelijk voor meer CO? emissies dan de gehele mondiale luchtvaartindustrie. Voordat staal en cement de bouwplaats bereiken, moeten ze bij zeer hoge temperaturen worden verwerkt – en dat kost veel energie. Dus hoe kunnen we onze afhankelijkheid van deze ‘vuile’ materialen verminderen, terwijl ze zo’n cruciale rol spelen in de bouw?
Een optie is om natuurlijke materialen te gebruiken, zoals hout. Mensen bouwen al jaren met hout duizende jarenen houten structuren zijn ondervindt momenteel een kleine heropleving - deels omdat het een goedkoop en duurzaam materiaal is.
Maar er zijn er een paar nadelen aan het bouwen met hout; het materiaal kan kromtrekken in vochtige omstandigheden en is vatbaar voor aanvallen door ongedierte zoals termieten. En hoewel natuurlijke materialen, zoals hout, aantrekkelijk zijn vanuit milieuoogpunt, kunnen ze onbevredigend zijn voor ingenieurs die misschien componenten in een specifieke vorm of maat willen maken.
Leven kopiëren
Dus wat als we, in plaats van natuurlijke materialen te gebruiken zoals we ze vinden, nieuwe materialen maken die zijn geïnspireerd door de natuur? Dit idee begon in de onderzoekgemeenschap in de 1970's grip te krijgen en explodeerde echt in de 1990's, met de ontwikkeling van nanotechnologie en nanofabricage methoden. Tegenwoordig vormt het de basis van een nieuw veld van wetenschappelijk onderzoek: namelijk 'biomimetica' - letterlijk 'leven kopiëren'.
Biologische cellen worden vaak 'de bouwstenen van het leven”, Omdat ze de kleinste eenheden van levende materie zijn. Maar om een meercellig organisme zoals jij of ik te creëren, moeten cellen samenklonteren met een ondersteunende structuur om de biologische materialen te vormen waarvan we zijn gemaakt, weefsels zoals bot, kraakbeen en spieren. Het zijn materialen zoals deze, die wetenschappers die geïnteresseerd zijn in biomimetica, hebben ingeschakeld voor inspiratie.
Om biomimetische materialen te maken, moeten we een diep inzicht hebben in hoe natuurlijke materialen werken. We weten dat natuurlijke materialen ook "composieten" zijn: ze zijn gemaakt van meerdere verschillende basismaterialen, elk met verschillende eigenschappen. Composietmaterialen zijn vaak lichter dan materialen met één component, zoals metalen, terwijl ze nog steeds gewenste eigenschappen hebben zoals stijfheid, sterkte en taaiheid.
Het maken van biomimetische materialen
Materiaalingenieurs hebben decennia lang de samenstelling, structuur en eigenschappen van natuurlijke materialen zoals bot en eierschaal gemeten, dus we hebben nu een goed begrip van hun kenmerken.
We weten bijvoorbeeld dat bot is samengesteld uit gehydrateerd eiwit en mineraal, in vrijwel gelijke verhoudingen. Het mineraal verleent stijfheid en hardheid, terwijl het eiwit taaiheid en weerstand tegen breuk verleent. Hoewel botten kunnen breken, is het relatief zeldzaam en hebben ze het voordeel dat het is zelfgenezing - een andere functie die ingenieurs proberen te brengen in biomimetische materialen.
Net als bot is eierschaal een composietmateriaal, maar het is ongeveer 95% mineraal en alleen 5% gehydrateerd eiwit. Maar zelfs die kleine hoeveelheid eiwit is voldoende om de eierschaal erg taai te maken, gezien de dunheid ervan - zoals de meeste ontbijtkoks zullen hebben gemerkt. De volgende uitdaging is om van deze kennis iets solide te maken.
Er zijn twee manieren om natuurlijke materialen na te bootsen. Je kunt de samenstelling van het materiaal zelf nabootsen, of je kunt het proces kopiëren waarmee het materiaal is gemaakt. Omdat natuurlijke materialen worden gemaakt door levende wezens, zijn er geen hoge temperaturen betrokken bij een van deze methoden. Als zodanig nemen biomimetische materialen - laten we ze "neobot" en "neo-eierschaal" noemen - veel minder energie om te produceren dan staal of beton.
In het laboratorium zijn we erin geslaagd monsters op centimeter schaal van neobot. We doen dit door verschillende eiwitoplossingen te bereiden met de componenten die botmineraal maken. Een composiet neobotmateriaal wordt vervolgens uit deze oplossingen op biomimetische wijze bij lichaamstemperatuur afgezet. Er is geen reden om dit proces - of een verbeterde, snellere versie ervan - niet op te schalen naar een industrieel niveau.
Staal en beton zijn natuurlijk overal, dus de manier waarop we gebouwen ontwerpen en bouwen is geoptimaliseerd voor deze materialen. Om op grote schaal biomimetische materialen te kunnen gebruiken, moeten we onze bouwcodes en normen voor bouwmaterialen volledig herzien. Maar dan, als we toekomstige steden op een duurzame manier willen bouwen, is misschien een grote heroverweging precies wat nodig is. De wetenschap staat nog in de kinderschoenen, maar dat betekent niet dat we niet groot kunnen dromen over de toekomst.
Over de auteur
Dit artikel verscheen oorspronkelijk op The Conversation
Verwante Boeken
Life After Carbon: The Next Global Transformation of Cities
by Peter Plastrik, John Cleveland
De toekomst van onze steden is niet meer wat het was. Het moderne stadsmodel dat wereldwijd in de twintigste eeuw greep, heeft zijn nut overleefd. Het kan de problemen niet oplossen die het heeft helpen creëren, vooral de opwarming van de aarde. Gelukkig is er een nieuw model voor stadsontwikkeling in steden dat agressief de realiteit van de klimaatverandering aanpakt. Het transformeert de manier waarop steden fysieke ruimte ontwerpen en gebruiken, economische welvaart genereren, hulpbronnen verbruiken en verwijderen, de natuurlijke ecosystemen exploiteren en onderhouden en zich voorbereiden op de toekomst. Beschikbaar op Amazon
The Sixth Extinction: An Unnatural History
door Elizabeth Kolbert
In de afgelopen half miljard jaar zijn er vijf massa-uitstervingen geweest, toen de diversiteit van het leven op aarde plotseling en dramatisch afnam. Wetenschappers over de hele wereld controleren momenteel het zesde uitsterven, waarvan wordt voorspeld dat het de meest verwoestende uitsterving is sinds de asteroïde-impact die de dinosauriërs heeft uitgeroeid. Deze keer is de cataclysm ons. In proza dat tegelijkertijd eerlijk, vermakelijk en diep geïnformeerd is, New Yorker schrijver Elizabeth Kolbert vertelt ons waarom en hoe mensen het leven op de planeet hebben veranderd op een manier die geen soort eerder heeft. Door verweven onderzoek in een half dozijn disciplines, beschrijvingen van de fascinerende soorten die al verloren zijn gegaan, en de geschiedenis van uitroeiing als concept, biedt Kolbert een ontroerend en uitgebreid verslag van de verdwijningen die zich voor onze ogen voordoen. Ze laat zien dat de zesde uitsterving waarschijnlijk de meest duurzame erfenis van de mensheid zal zijn, en dwingt ons de fundamentele vraag te heroverwegen wat het betekent om mens te zijn. Beschikbaar op Amazon
Climate Wars: The Fight for Survival as the World Overheats
door Gwynne Dyer
Golven van klimaatvluchtelingen. Tientallen mislukte staten. All-out oorlog. Van een van 's werelds grote geopolitieke analisten komt een angstaanjagende kijk op de strategische realiteit van de nabije toekomst, wanneer de klimaatverandering de wereldmacht in de richting van de moordende overlevingspolitiek drijft. Voorafgaand en onwrikbaar, Klimaatoorlogen zal een van de belangrijkste boeken van de komende jaren zijn. Lees het en ontdek waar we naar op zoek zijn. Beschikbaar op Amazon
Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.
