Stabilisering af en klippe ved hjælp af biominerale bindemidler

EPFL-spin-off Medusoil har med succes testet sin jordstabiliseringsproces på klipper udsat for overfladeerosion. Virksomhedens biomineralbaserede løsning kan bruges til at stabilisere sandede og grusede undergrunde for at sikre omkringliggende infrastruktur. Det er et langtidsholdbart og letanvendeligt alternativ til industrielle væsker - hvis produktion og brug kan være skadelig for miljøet. Startup'en er nu klar til at opskalere produktionen.

Jorderosion, jordskred, stigende havniveau og andre konsekvenser af ekstreme vejrforhold kan svække jorden, der omgiver infrastrukturen. For at bevare deres strukturelle integritet, undergrunden skal ofte stabiliseres. Eksisterende løsninger, som almindeligvis bruger cement, kalk eller industriharpiks, ikke nødvendigvis giver langsigtet stabilitet og har ofte en farlig effekt på jordkvaliteten med mikroplast og giftige stoffer eller ved at hæve grundvandets alkalinitet over acceptable niveauer.

Medusoil, en EPFL-spin-off, er den første virksomhed i verden, der udvikler en jordstabiliseringsløsning, der udnytter – og accelererer – en naturlig proces:den genererer mineralsk calcit, et kraftigt bindemiddel, der hærder jord på mikroskopisk niveau. Løsningen er hurtig, billig og bruger lidt energi. Virksomheden har med succes testet sin teknik på eroderende klipper i Vaud-kantonen. Det har også etableret et anlæg til at masseproducere sit jordstabiliseringsmiddel samt en mobil injektionsenhed, der kan sendes til byggepladser.

Brug af mikroorganismer som det udløsende middel

tager udgangspunkt i naturen, mineraliseringsprocessen skaber calcitkrystaller, som binder grus- eller sandpartiklerne fast sammen. For det udløsende middel, forskerne brugte Sporosarcina pasteurii mikroorganismer, som de frysetørrer for lettere håndtering. Når det kombineres med urinstofmolekyler, mikroorganismerne frigiver carbonat, som binder sig til calcium og danner krystaller. Krystallerne binder sig til partikler i jorden og vokser i antal og størrelse - i nogle tilfælde når de flere hundrede mikrometer på tværs. Urease, et enzym, der frigives som en del af mikroorganismens fordøjelsesproces, accelererer reaktionen, gør det til 1, 000 gange hurtigere end i naturen. Og slutproduktet opnås på få dage eller endda timer.

Test i den virkelige verden

Medusoil-teamet fandt frem til de mest lovende væskesammensætninger på EPFL's Laboratory of Soil Mechanics og begyndte derefter at teste dem under virkelige forhold i 2018. Et af pilotprojekterne var at forstærke en sandstensklippe, der var blevet ustabil som følge af overfladen erosion forårsaget af vind og af regnafstrømning, der påvirkede de fine jordpartikler. "Under disse tests, vi var i stand til at konsolidere jorden i målzonen og gøre den tættere, derved forbedre dens stabilitet, " siger Dimitrios Terzis, firmaets administrerende direktør. Testresultaterne blev bekræftet af geofysiske målinger, herunder seismiske undersøgelser, hvor stødbølger sendt gennem jorden rejste næsten dobbelt så hurtigt efter mineraliseringsprocessen (se figur 1). Det er en klar indikation af, at jorden er mere kompakt og mindre modtagelig for skader i tilfælde af et jordskælv.

Medusoils løsning er let at anvende. Mineraliseringsblandingen sprøjtes ind i jorden med jævne mellemrum gennem rør. Det reagerer, når det kommer i kontakt med calcium for at danne calcit, hovedbestanddelen af ​​mange typer sedimentære bjergarter, under overfladen. Resultaterne er allerede synlige blot et par timer senere. Processen kan også skaleres til behovene for jordforstærknings- og byggeprojekter. Små mængder calcit genererer nok partikelelasticitet til at modstå forskydningsspændingerne forårsaget af et større jordskælv; de kan også stabilisere skråninger eller opstille eksisterende fundamenter. Med højere niveauer af calcit, biomineraler kan tjene som byggemateriale eller bruges til jordforsegling.