Amerikaanse onderzoekers hebben een radicaal nieuwe betonformule ontwikkeld – met fossiele micro-organismen en geavanceerde 3D-printtechnologie – waarmee lichte én sterke constructies mogelijk worden, én de CO2-uitstoot direct bij de bron verminderd wordt.
Inhoudsopgave
De nieuwste generatie beton kan meer CO2 opnemen dan reguliere mengsels en verbruikt tot tientallen procenten minder materiaal – dankzij biotechnologie en geavanceerde 3D-printmethodes. Dit kan een ware omslag betekenen voor bouwprojecten in Nederland, van de Amsterdamse Zuidas tot de havens van Rotterdam.
Onderzoekers van de University of Pennsylvania zetten flinke stappen in de ontwikkeling van écht duurzame bouwmaterialen. Hun innovatieve beton bindt tot 142 procent meer koolstofdioxide dan conventionele recepten, zo blijkt uit een rapport van december 2024.
De sleutel? Een slimme mix van diatomeeën (fossiele algen), 3D-printen én minder cementverbruik. De studie, gepubliceerd in Advanced Functional Materials, opent perspectieven voor een bouwsector die haar ecologische voetafdruk grondig kan verkleinen.
Volgens de universiteit zorgt de mondiale productie van beton voor bijna 9% van alle broeikasgasemissies. Geen wonder dat wetenschappers en ontwerpers haast wanhopig zoeken naar schonere én betrouwbare oplossingen – het liefst zonder concessies aan de stevigheid of levensduur van gebouwen.
Deze Amerikaanse doorbraak speelt in op de groeiende vraag naar milieuvriendelijke bouwmogelijkheden, ook bij grootschalige projecten. Natuurlijke componenten en slimmere technologieën bieden zo hoopgevende alternatieven voor traditioneel beton.
De University of Pennsylvania zet zichzelf internationaal op de kaart als koploper in innovatieve bouwmethoden – met een sterke focus op de combinatie van wetenschap, ontwerp en maatschappelijke verantwoordelijkheid.
Waarom de CO2-voetafdruk van beton eindelijk serieus wordt genomen
Al sinds de oudheid is beton een hoeksteen van onze beschaving – denk maar aan de Romeinse aquaducten of Rotterdamse markthal. Maar door het massale gebruik in infrastructuur en woningbouw is het wereldwijd een van de grootste uitstoters geworden, zoals de universiteit herhaaldelijk stelt.
Daarom bundelen ingenieurs, architecten en wetenschappers nu hun krachten om de klassieke betonsamenstellingen opnieuw te doordenken. Het doel: mengsels ontwikkelen die niet alleen langer meegaan, maar vooral actief CO2 uit de atmosfeer halen.
Het Amerikaanse team bracht experts uit diverse vakgebieden samen voor een unieke combinatie van materialen en processen. Hun missie: beton maken dat zich kan meten met klassiekers in sterkte, maar ook via innovatieve mineralisatieprocessen CO2 vastlegt.
Minder uitstoot door betonproductie is simpelweg noodzakelijk – zeker nu grote bouwprojecten in Nederland door het Rijk én gemeenten strenger worden getoetst op stikstof en CO2. Dat zet de zoektocht naar alternatieven fors onder druk.
Diatomeeën en inspiratie uit de natuur: geometrische innovaties
Centraal in dit nieuwe beton staat het gebruik van diatomeeënaarde – een licht en poreus materiaal dat wordt gewonnen uit gefossiliseerde microalgen. Dat verhoogt de CO2-reactieoppervlakte en verbetert tegelijk de stabiliteit bij 3D-printen. Slim, want diatomeeën zijn in Nederland als natuurproduct al decennia beschikbaar (zelfs als filter voor bier bij Grolsch).
Een tweede stap: slimme geometrische structuren geïnspireerd door de natuur. Hoofdonderzoeker Kun-Hao Yu (uit het team van Shu Yang) perfectioneerde het beton als ‘inkt’ voor de printrobot – via minutieuze tweaks in bijvoorbeeld de watertoevoeging of nozzle-keuze.
Yu legt uit: het beton moest – tussen vloeibaar en volledig uitgehard – razendsnel optimale eigenschappen krijgen, zowel tijdens als na het printen. Hier bleek 3D-printen (waar Nederlandse bouwaannemers als BAM al mee testen) een duidelijke voordeel te hebben.
En dan de geometrie. Het team onder leiding van Masud Akbarzade koos voor de zogenoemde TPMS-strukturen (triply periodic minimal surfaces), bekend uit o.a. botweefsel en koraalriffen. Zulke vormen maximaliseren het nuttig oppervlak, optimaliseren de krachtverdeling en reduceren drastisch het materiaalverbruik. De testresultaten zijn ronduit indrukwekkend: tot 60% minder beton nodig én 90% hogere druksterkte dan bij klassiek beton, plus 32% hogere CO2-opname per eenheid cement.
Kortom: fossiele organismen en bio-geïnspireerde vormen leveren opvallend sterke en tegelijkertijd milieuvriendelijke betonconstructies op – dat biedt interessante aanknopingspunten voor Nederlandse ontwerpers.
De wetenschappelijke basis voor de nieuwe duurzaamheid (en wat u daaraan hebt)
Prof. Shu Yang, bekend materiaalwetenschapper, benadrukt: de sterkte groeit juist door de vastlegging van CO2. Oude aannames dat een grovere, poreuze structuur zwakker zou zijn, gaan bij deze methode niet meer altijd op. Door de unieke mineralisatie versterken poriën juist de binding van CO2 en calciumcarbonaat, wat ten goede komt aan de constructieve kwaliteit.
Ook het voorspellen en sturen van de ‘reologie’ (stroom- en verhardingsgedrag van beton) bleek cruciaal. Diatomeeënaarde deed hier zijn werk: ondanks de uitdagingen bij het printen van zulke poreuze mengsels, werd de betonmatrix na CO2-folding zelfs sterker – iets wat de onderzoekers naar eigen zeggen verraste.
Toepassingen? Die zijn breed. Denk aan architectonische panelen, gevels, dragende wanden, maar ook (hier komt een wow-factor) toepassing in kunstmatige riffen, oesterteeltplaatsen, of herstellende maritieme ecosystemen. De grote porositeit blijkt ideaal voor het stimuleren van schelpdiervorming in bijvoorbeeld Zeeland of Friesland.
Prof. Jan verduidelijkt: het grote actieve oppervlak stimuleert de groei van zeedieren en maakt het materiaal zelfs actief waterzuiverend én CO2-bindend. Daarmee raakt dit beton óók thema’s als natuurontwikkeling en klimaatadaptatie in Nederland.
Innovatie zie je dus niet alleen terug in gebouwen, maar ook in natuurherstel en CO2-vastlegging onder realistische Nederlandse omstandigheden.
Vooruitblik: wat u kunt verwachten rondom duurzaam bouwen
De komende jaren gaat het onderzoek dóór, nu vooral gericht op het opschalen van deze technieken naar grotere bouwwerken. Denk aan het testen van nieuwe vezelversterkingen, verdere optimalisering van de ‘groene’ geometrieën en experimenten met alternatieve, circulaire bindmiddelen.
“We willen verder gaan: is het mogelijk om compleet cementvrije mengsels te ontwikkelen, of industrieel restmateriaal om te zetten tot functionele bouwcomponenten?” aldus Shu Yang. Het doel: de visie op beton radicaal omgooien, de milieuvriendelijkheid verder vergroten én de bijdrage aan het terugdringen van bouwemissies fors verhogen.
De Amerikaanse DOE en het lokale Energieonderzoeksinstituut zijn bij de projecten betrokken – als opvallend voorbeeld van interdisciplinaire samenwerkingen die (ook in Nederland) navolging verdienen.
