Ved at blande energiproducerende mikroorganismer ind i cement, har forskere fra Aarhus Universitet skabt et levende superkondensator-materiale, der kan lagre strøm og endda gendanne sin kapacitet. Teknologien kan bane vej for selvforsynende bygninger og infrastruktur.
(foto: Aarhus Universitet/Ritzau)
Et forskerhold fra Aarhus Universitet har nu dokumenteret, hvordan man kan forvandle verdens mest anvendte byggemateriale til et levende energilager. Ved at indlejre energiproducerende bakterier i cement, har de skabt en biohybrid superkondensator med overraskende høj ydeevne – og en evne til at gendanne sig selv over tid.
– Vi har kombineret det strukturelle med det funktionelle. Resultatet er en ny type materiale, der både kan bære vægt og lagre energi – og som er i stand til at genskabe sin kapacitet, når vi fodrer det med næring, siger lektor Qi Luo, der står i spidsen for studiet.
Cement har i århundreder været betragtet som dødt og inert. Men i det nye studie, der netop er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Cell Press, går forskerne radikalt anderledes til værks: De tilsætter bakterien Shewanella oneidensis – en mikroorganisme, der kan overføre elektroner til sine omgivelser via såkaldt “extracellulær elektrontransport”.
Når bakterierne først er indlejret i cementmassen, danner de et netværk af ladningsbærere, der både kan lagre og afgive elektrisk energi. Allerede på dette tidlige stadie viser materialet en ydeevne, der overgår traditionelle cementbaserede energilagringssystemer, hvilket peger på et lovende potentiale for videre udvikling.
Men det mest opsigtsvækkende er måske, at materialet stadig kan fungere, selv efter bakterierne er døde – og at det kan bringes til live igen.
Et energikredsløb, der kommer sig
Fordi bakterierne i cementen gradvist mister aktivitet over tid – for eksempel hvis de mangler næring eller udsættes for kulde – har forskerne designet et integreret mikronetværk i materialet, som kan tilføre næringsvæske og dermed “genoplive” systemet. Næringsvæsken indeholder proteiner, vitaminer, salte og vækstfaktorer og kan holde bakterierne aktive, selv når de er indbygget i en konstruktion. Resultatet: op til 80 % af den oprindelige kapacitet kan genvindes.
I praksis betyder det, at man potentielt kan skabe energimaterialer, der ‘kommer sig’ og løbende vedligeholder deres funktion – uden behov for udskiftning af batterier eller dyre reparationer.
Forskerne har desuden testet cementen i hårde betingelser. Selv ved frysepunkt og ved høje temperaturer bevarer materialet en vis evne til at lagre strøm. Og når seks cementblokke kobles sammen, er strømmen nok til at drive en LED-pære.
– Vi taler ikke om et laboratorieeksperiment, der aldrig forlader bordet. Vi ser for os, at dette kan integreres i rigtige bygninger – i vægge, fundamenter og broer – og levere lokal energilagring, der understøtter solceller og andre vedvarende kilder. Tænk på et almindeligt rum bygget med denne type cement: Selv med en beskeden energitæthed på 5Wh/kg kan væggene alene lagre omkring 10kWh – nok til at holde en standard virksomhedsserver kørende i en hel dag, forklarer Qi Luo.
Infrastruktur med egen energi
Behovet for store, billige og bæredygtige energilagre stiger i takt med overgangen til sol og vind. Konventionelle batterier er dyre, afhænger af sjældne ressourcer som lithium og kobolt – og har begrænset levetid.
Den bioaktive cement er lavet af almindelige byggematerialer og kan produceres billigt i stor skala. Og fordi bakterierne findes i naturen, kan de opskaleres bæredygtigt.
Teknologien er stadig på forsøgsstadiet, men resultaterne åbner et nyt kapitel i udviklingen af fremtidens byggeri: husfacader, der fungerer som batterier. Broer, der selv overvåger og strømforsyner deres sensorer. Infrastruktur, der lever med – og leverer energi.
Kontakt: Qi Luo, Aarhus Universitet, Institut for Byggeri og Bygningsdesign, mail: qluo@cae.au.dk
