Des scientifiques créent un biociment renouvelable entièrement fabriqué à partir de déchets

Des scientifiques créent un biociment renouvelable entièrement fabriqué à partir de déchets

Le spécimen d’essai d’une main de Bouddha a été fourni par Dazu Rock Carvings, un site du patrimoine mondial de l’UNESCO en Chine. Des travaux de réparation utilisant du biociment ont été effectués à l’Université de Chongqing, en Chine, par le Dr Yang Yang. La solution de biociment est incolore, ce qui permet aux travaux de restauration de conserver la couleur d’origine de la sculpture. Crédit : Université technologique de Nanyang

Des scientifiques de l’Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) ont trouvé un moyen de créer du biociment à partir de déchets, rendant l’alternative au ciment ordinaire encore plus verte et plus durable.

Le biociment est une forme renouvelable de ciment qui utilise généralement des bactéries pour former une réaction de durcissement qui lie le sol en un bloc solide.

Les scientifiques du NTU ont maintenant réussi à utiliser deux déchets courants, les boues de carbure industriel et l’urée – provenant de l’urine de mammifères – pour créer du biociment.

Ils ont développé un procédé dans lequel la réaction de l’urée avec les ions calcium dans les boues de carbure industriel forme un solide dur, ou précipité. Lorsque cette réaction a lieu dans le sol, le précipité lie les particules de sol et remplit les espaces entre elles, créant une masse compacte de sol. Il en résulte un bloc de biociment solide, robuste et moins perméable.

L’équipe de recherche, dirigée par le professeur Chu Jian, président de l’École de génie civil et environnemental, a montré dans un document de recherche de preuve de concept publié en février 2022 dans le Journal de génie chimique de l’environnement que leur biociment pourrait potentiellement devenir une méthode durable et rentable d’amélioration des sols, comme le renforcement du sol pour une utilisation dans la construction ou l’excavation, le contrôle de l’érosion des plages, la réduction de la poussière ou de l’érosion éolienne dans le désert, ou la construction de réservoirs d’eau douce sur les plages ou dans le désert.

Il peut également être utilisé comme coulis biologique pour sceller les fissures dans la roche afin de contrôler les infiltrations et même pour retoucher et réparer des monuments tels que des gravures rupestres et des statues.

“Le biociment est une alternative durable et renouvelable au ciment traditionnel et a un grand potentiel d’utilisation pour les projets de construction qui nécessitent le traitement du sol”, a déclaré le professeur Chu, qui est également directeur du Center for Urban Solutions de NTU. « Notre recherche rend le biociment encore plus durable en utilisant deux types de déchets comme matières premières. À long terme, cela rendra non seulement la fabrication du biociment moins chère, mais réduira également les coûts liés à l’élimination des déchets.

La recherche des scientifiques de NTU soutient le plan stratégique NTU 2025 qui vise à relever certains des grands défis de l’humanité, notamment en atténuant l’impact humain sur l’environnement en faisant progresser la recherche et le développement dans le domaine de la durabilité.

Urine, bactéries et calcium : une recette simple pour le biociment

Le processus de fabrication du biociment nécessite moins d’énergie et génère moins d’émissions de carbone par rapport aux méthodes traditionnelles de production de ciment.

Le biociment de l’équipe NTU est créé à partir de deux types de déchets : les boues de carbure industriel – les déchets de la production de gaz acétylène, provenant des usines de Singapour – et l’urée trouvée dans l’urine.

Premièrement, l’équipe traite les boues de carbure avec un acide pour produire du calcium soluble. L’urée est ensuite ajoutée au calcium soluble pour former une solution de cémentation. L’équipe ajoute ensuite une culture bactérienne à cette solution de cimentation. Les bactéries de la culture décomposent ensuite l’urée dans la solution pour former des ions carbonate.

Ces ions réagissent avec les ions calcium solubles dans un processus appelé précipitation de calcite induite par des microbes (MICP). Cette réaction forme du carbonate de calcium, un matériau dur et solide que l’on trouve naturellement dans la craie, le calcaire et le marbre.

Lorsque cette réaction se produit dans le sol ou le sable, le carbonate de calcium généré lie les particules de sol ou de sable ensemble pour augmenter leur résistance et remplit les pores entre eux pour réduire les infiltrations d’eau à travers le matériau. Le même processus peut également être utilisé sur les joints rocheux, ce qui permet de réparer les gravures rupestres et les statues.

Le sol renforcé avec du biociment a une résistance à la compression non confinée allant jusqu’à 1,7 mégapascals (MPa), ce qui est supérieur à celui du même sol traité avec une quantité équivalente de ciment.

Cela rend le biociment de l’équipe adapté à une utilisation dans des projets d’amélioration des sols tels que le renforcement du sol ou la réduction des infiltrations d’eau pour une utilisation dans la construction ou l’excavation ou le contrôle de l’érosion des plages le long des côtes.

Le premier auteur de l’article, le Dr Yang Yang, ancien titulaire d’un doctorat NTU. étudiant et associé de recherche au Center for Urban Solutions, actuellement postdoctorant à l’Université de Chongqing, en Chine, a déclaré : « La précipitation du carbonate de calcium à différents niveaux de cimentation renforce le sol ou le sable en remplissant progressivement les pores entre les particules. Le biociment pourrait également être utilisé pour sceller les fissures dans le sol ou la roche afin de réduire les infiltrations d’eau.”

Une alternative durable au ciment

La production de biociment est plus verte et plus durable que les méthodes utilisées pour produire du ciment traditionnel.

“Une partie du processus de fabrication du ciment consiste à brûler des matières premières à des températures très élevées supérieures à 1 000 degrés Celsius pour former des clinkers, l’agent liant du ciment. Ce processus produit beaucoup de dioxyde de carbone”, a déclaré le professeur Chu. “Cependant, notre biociment est produit à température ambiante sans rien brûler, et c’est donc un processus plus vert, moins énergivore et neutre en carbone.”

Le Dr Yang Yang a déclaré : « À Singapour, les boues de carbure sont considérées comme des déchets. Cependant, c’est une bonne matière première pour la production de biociment. En extrayant le calcium des boues de carbure, nous rendons la production plus durable car nous n’avons pas besoin d’utiliser des matériaux comme le calcaire qui doit être extrait d’une montagne.”

Le professeur Chu a ajouté : “Le calcaire est une ressource finie – une fois qu’il est parti, il est parti. L’extraction du calcaire affecte également notre environnement naturel et notre écosystème.”

L’équipe de recherche affirme que si la production de biociment pouvait être adaptée aux niveaux de la fabrication traditionnelle du ciment, le coût global de sa production par rapport à celui du ciment conventionnel serait inférieur, ce qui ferait du biociment une alternative à la fois plus verte et moins chère au ciment.

Restaurer les monuments et renforcer les rivages

Un autre avantage de la méthode de l’équipe NTU dans la formulation du biociment est que la culture bactérienne et la solution de cémentation sont incolores. Lorsqu’il est appliqué sur le sol, le sable ou la roche, leur couleur d’origine est préservée.

Cela le rend utile pour restaurer d’anciens monuments et artefacts rupestres. Par exemple, le Dr Yang Yang a utilisé le biociment pour réparer d’anciens monuments de Bouddha en Chine. Le biociment peut être utilisé pour sceller les lacunes dans les monuments fissurés et a été utilisé pour restaurer des morceaux cassés, tels que les doigts des mains d’un bouddha. Comme la solution est incolore, les monuments conservent leur couleur d’origine, gardant le travail de restauration fidèle à l’histoire.

En collaboration avec les agences nationales concernées à Singapour, l’équipe teste actuellement son nouveau biociment à East Coast Park, où il est utilisé pour renforcer le sable sur la plage. En pulvérisant les solutions de biociment sur le sable, une croûte dure se forme, empêchant le sable d’être emporté vers la mer.

L’équipe explore également d’autres applications à grande échelle de leur biociment à Singapour, telles que la réparation des routes en scellant les fissures sur les routes, en scellant les lacunes dans les tunnels souterrains pour empêcher les infiltrations d’eau, ou même comme terrain de culture pour les récifs coralliens comme les larves de carol aiment se développer. sur le carbonate de calcium.

L’article “Utilisation des boues de carbure et de l’urine pour la production durable de biociment” est publié dans le Journal de génie chimique de l’environnement.


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Plus d’information:
Yang Yang et al, Utilisation des boues de carbure et de l’urine pour la production durable de biociment, Journal de génie chimique de l’environnement (2022). DOI : 10.1016 / j.jece.2022.107443

Fourni par l’Université technologique de Nanyang

Citation: Des scientifiques créent un biociment renouvelable entièrement fabriqué à partir de déchets (13 mai 2022) récupéré le 13 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-scientists-renewable-biocement-materials.html

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