Hvis man kan udvikle cementbaserede byggematerialer, der har bedre selvhelende egenskaber og dermed kan holde længere, vil det blandt andet kunne bruges i faciliteter til kulstoflagring. Det er nogle af de problemstillinger, lektor Min Wu og kollegerne i hans forskningsgruppe ved Institut for Byggeri og Bygningsdesign, Aarhus Universitet, arbejder på at finde løsninger til.

”Cementbaserede materialer som beton er de mest anvendte konstruktionsmaterialer i bygninger og infrastruktur. Cementindustrien og det byggede miljø er i øjeblikket blandt de største CO₂-udledere, så vores fokus er at forbedre materialerne og dermed bidrage til at reducere det samlede CO₂-aftryk,” siger Min Wu.

Som en del af instituttets sektion for Structural Engineering sigter meget af Min Wus arbejde mod at reducere det samlede kulstofaftryk i det byggede miljø gennem nyudvikling og forbedring af materialer. Et nyt forskningsprojekt undersøger, om man kan udnytte restaffald til i udviklingen af lavkulstofcement eller endda potentielt kulstofnegative cementtyper. Dette kunne potentielt kombinere to af de vigtigste grundpiller inden for bæredygtighed: affaldshåndtering og opsamling og udnyttelse af kulstof. Andre igangværende projekter fokuserer på at forbedre materialer og forlænge levetiden for betonkonstruktioner, for eksempel ved at udvikle ny selvhelende cement.

Selvhelende cement

Et af de lovende, igangværende forskningsprojekter handler om design af størrelsen på cementpartikler. Hvis det lykkes, kan dette arbejde føre til mere robust cement, der kan bruges i konstruktioner som forsegling af CO₂-lagringsreservoirer, så de kan holde endnu længere.

Underjordisk kulstoflagring, for eksempel i olie- og gasbrønde, der ikke længere er i brug, er afgørende for at opfylde klimamålet om "netto-nul-emissioner" inden 2050. Når olie- og gasbrønde ikke længere er i brug, skal de forsegles ved nedlukning. Nogle brønde kan bruges til CO₂-lagring, andre er bare forseglet, og forseglingerne skal være 100 procent tætte set i et langsigtet perspektiv. Hvad enten brøndene bruges til at lagre CO₂ eller ej, gælder, at der ikke må være nogen lækage af væsker (herunder olie), gasser (herunder CO₂ og andre klimagasser, fx metan) eller andre kemikalier. Cement er det materiale, der oftest bruges til forsegling, og de ekstreme underjordiske forhold stiller store krav til den cement, der bruges til de gigantiske propper i forseglingerne.

”Desværre er cement et sprødt materiale, så det har tendens til at revne. Revner er et næsten uundgåeligt problem – hver gang vi bruger cement, har vi risiko for revner. Det øger risikoen for lækage i CO₂-lagringsreservoirer. Derfor ville det være ideelt at have cement, der selv kan lukke de revner, der opstår, det vil sige en selvhelende cement," forklarer Min Wu.

Forskning i selvhelende cement er blevet udført i årtier, og man har undersøgt og fundet forskellige strategier. Kort sagt involverer næsten alle strategier, at der skal tilføres fremmede materialer som kemikalier og bakterier til cementen. Det er både vanskeligt og dyrt, og blandt andet derfor har det endnu ikke været praktisk muligt at anvende selvhelende cement i stor skala i byggeriet.

Nyt koncept uden additiver til cementen

I stedet har Min Wu og hans forskningsgruppe søgt efter en anden løsning til at forbedre cementens selvhelende evne:

”Cement har i sig selv en vis selvhelende evne. Men den er ret begrænset – især i moderne cement. Ved omhyggeligt design af cementpartikelstørrelser udvikler vi en ny teknologi, der ikke giver ekstra omkostninger, og hvor der ikke skal tilføjes andre materialer (additiver), men hvor cementens selvhelende kapacitet er betydeligt forbedret. Der er heller ikke indført nye teknikker i brugen af cementen, så den vil nemt kunne anvendes i de sædvanlige arbejdsprocesser,” siger Min Wu.

Det nye koncept bliver udviklet som en del af forskningsprojektet "Et nemt og robust selvhelende koncept for cement", som er sponsoreret af Danish Offshore Technology Centre (DTU Offshore). Det er et af de flere projekter inden for udvikling af nye løsninger til nedlukning af olie- og gasbrønde og langsigtet og sikker CO₂-lagring, som Min Wus forskningsgruppe har arbejdet med i en årrække.

Konceptet for den nye teknologi er indtil videre blevet bevist i laboratoriet, og resultaterne er endnu ikke blevet offentliggjort videnskabeligt. Mens publikationer er på vej, fokuserer arbejdet nu på at modne konceptet.

”Fremtiden for konceptet er at modne det yderligere for at det kan anvendes i industrien. Denne cement er ikke kun til forsegling af oliebrønde, men også grundlæggende nyttig til alle bygninger og strukturer, herunder store infrastrukturer som broer, tunneler eller stort set alt bygget med cement og beton. Det ville forlænge levetiden og reducere behovet for vedligeholdelse og reparation, nedrivning og genopbygning. Derfor vil det både kunne være med til at nedsætte CO₂-udledningen i byggeindustrien og spare naturressourcer og penge,” siger Min Wu.

Læs mere:

Min Wu: https://cae.au.dk/om-instituttet/kontakt/medarbejdere/vis/person/mnwu@cae.au.dk

Publications by Structural Engineering: https://cae.au.dk/en/about-the-department/research-and-development-sections-civil-and-architectural-engineering-technical-sciences-aarhus-university/structural-engineering/translate-to-english-publications-by-structural-engineering