Biobased materialen krijgen steeds meer aandacht; ze zijn interessante opties om te overwegen, aangezien ze vaak een aanzienlijk lagere milieu-impact hebben dan traditionele opties. Onze LCA-stagiair Conor Brennan schreef zijn scriptie voor de master Bio-inspired Innovation (Universiteit Utrecht) en paste een LCA-methode toe die aansloot bij zijn onderzoeksvraag. Conor beoordeelde de milieu-impact van een klassieke, kleibaksteen en een baksteen gemaakt van schimmelmateriaal, met aandacht voor de impact op biodiversiteit. Lees er alles over in dit artikel.
Conor, vertel; wat heb je onderzocht?
Ik ga verder op een eerder uitgevoerde LCA-studie over schimmelmateriaal. Ik pas de invoer-data van de Duitse “Normalformat” baksteen aan naar de afmetingen van de Nederlandse kleibaksteen: 29,5 x 14 x 9 cm.
Vervolgens pas ik een andere levenscyclusanalyse-methode toe, om de specifieke impact op biodiversiteit beter te kunnen beoordelen. Om de impact op biodiversiteit te beoordelen, heb ik rekening gehouden met impactcategorieën, zoals klimaatverandering op korte en lange termijn, terrestrische verzuring, ioniserende straling, landgebruik en wateronttrekking. Om enkele van de impacts op biodiversiteit te vertalen, heb ik de Stepwise wegingsbenadering toegepast om monetaire waarden toe te kennen aan elk onderdeel van de levenscyclus
De meeste LCA's hebben ruimtelijke onzekerheid en gebruiken algemene referenties om hun systemen te modelleren, maar deze referenties weerspiegelen niet elke regio of ecosysteem. Daarom is de LCA-beoordelingsmethode die ik gebruik, Impact World Plus, ruimtelijk gedetailleerder dan die globale referenties. Het heeft nauwkeurigere data die specifiek zijn voor een land, een regio of een specifiek type land, op basis van regionale gegevens en inheemse data.Impact World Plus is een samenstelling van beoordelingsmethoden, en op deze manier is het nauwkeuriger regionaal en pakt het bestaande “gegevens-gat” aan.
Dit is de reden waarom ik deze LCA doe; om meer te leren over schimmelmateriaal en mycelium als industrieel materiaal, en om de milieu-impact te beoordelen. Omdat schimmelmateriaal in de toekomst een alternatief materiaal zou kunnen zijn voor een breed scala aan toepassingen.
In Nederland zijn kleibakstenen momenteel de standaard. Dit materiaal is van nature beschikbaar en wordt al vele, vele jaren gebruikt. Dit materiaal wordt dan uit de grond gehaald, wat onze natuurlijke hulpbronnen uitput. Ik bekijk nu de milieu-impact van deze solide baksteen om de impact op biodiversiteitscategorieën te zien.
Op dit moment hebben schimmelbakstenen nog niet de gewenste sterkte en materiaalnormen voor het bouwen van een huis. Ze hebben niet de druksterkte die traditionelere materialen zoals beton wel hebben.Deze schimmelbakstenen worden gekweekt in een mal, op een substraat zoals hennepvezels. De baksteen is in wezen een levend organisme dat vergelijkbare materiaalkarakteristieken heeft met geëxpandeerd polystyreen. In sommige gevallen worden ze gebruikt voor verpakkingen.
Een andere toepassing die momenteel opkomt, is als isolatie in de bouwsector. De manier waarop de schimmel groeit, leidt tot het ontstaan van luchtbellen binnen het materiaal, wat uitstekende isolatie-eigenschappen creëert.
En wat was het onderwerp van je scriptie?
Ik beoordeel de levenscycli van twee verschillende soorten bakstenen voor gebruik in de bouw. Een reguliere Nederlandse kleibaksteen en een schimmelbaksteen voor gebruik in muurconstructies. De bouwsector draagt aanzienlijk bij aan de uitstoot van broeikasgassen in onze atmosfeer. Recentelijk zijn biomaterialen, in tegenstelling tot traditionele materialen zoals op mineralen gebaseerde kleibakstenen, een aantrekkelijk onderzoeksgebied geworden.
En wat waren de resultaten?
In de resultaten van de schimmelsteen zelf, ontdekte ik dat de meeste impact voortkomt uit de energie die nodig is om de steen te produceren. Ook de kleibaksteen gebruikt een enorme hoeveelheid energie voor behandeling en uitharding. In beide gevallen verbruiken de stenen behoorlijk veel water en beïnvloeden ze zowel terrestrische als mariene ecosystemen.
De productie van schimmelstenen kent vele fasen; het begint met een enkele cel die op een agar-plaat wordt geplaatst en groeit. Vervolgens voeg je dit toe aan een starter; een substraat waarop de schimmel kan groeien, zoals graan. En voor deze groei is temperatuur, water en lucht nodig. Het is een levend organisme, een biologisch systeem, en je moet de juiste omgeving voor het creëren. De verschillende verwerkingsstadia kosten behoorlijk veel energie.
Uit de voorlopige resultaten blijkt dat er milieu-impact is op terrestrische en aquatische ecosystemen, die lijken te ontstaan uit de teelt van het hennep-substraat. Als landbouwafvalstromen worden gebruikt, kan dit substraat als lastenvrij worden beschouwd. Het substraat is al geproduceerd, en we gebruiken die bijproducten, zoals de schillen van het graan, om het schimmelmateriaal op te kweken.
Als je de twee stenen naast elkaar legt, is de schimmelsteen aanzienlijk lichter dan de traditionele. Een afgewerkte schimmelsteen weegt minder dan een kilo en een afgewerkte kleibaksteen weegt zeven en een halve kilo. Dat is dus bijna zeven en een half keer zwaarder, wat een groot verschil maakt wat betreft transport!
Aan het einde van zijn levensduur kan het materiaal als compost worden gebruikt; de schimmelstenen zijn biologisch afbreekbaar. Ze kunnen de bodemconditie verbeteren, nadat ze koolstof aan de bodem hebben teruggegeven, en vocht vasthouden. Het gebruik van biogene bronnen als grondstof voor schimmelgroei maakt de biomaterialen aantrekkelijk als koolstof-vangende materialen, een mooi alternatief voor op fossiele brandstoffen gebaseerde materialen.
Waren de resultaten zoals je verwachtte, of was er iets dat je echt verraste?
Met een LCA beoordeel je de milieu-impact voor een reeks impactcategorieën, en het was te verwachten dat de twee verschillende soorten stenen verschillende impact zouden hebben in verschillende categorieën. Ik ontdekte dat de stenen soms vergelijkbare impact hebben in dezelfde categorieën, maar over het algemeen zijn de effecten van de twee stenen verschillend.
Met deze nieuwe beoordelingsmethode konden we inzichten verkrijgen in de effecten op de biodiversiteit. Ik denk dat de resultaten dicht bij mijn verwachtingen lagen, maar ook verrassend waren.
I figured that the fungal brick would be better for biodiversity and the terrestrial ecosystem. It influenced the categories of land use, water use and terrestrial acidification as expected. I did not expect the impact to be as big in the land use categories. The benefits of the material being biobased and potentially recyclable mitigates a lot of this impact.
Anders kan landgebruik voor de productie van gewassen voor biomaterialen of biobased oplossingen inderdaad grotere effecten hebben op de biodiversiteit en de gezondheid van ecosystemen.
Over het algemeen zou ik zeggen dat de kosten voor het milieu lager zijn met de schimmelsteen dan met de traditionele steen. Dit is het geval als het materiaal wordt gerecycled en in een soort gesloten systeem wordt gehouden.
Het is waar dat je de klei kunt hergebruiken of recyclen, maar het uiteindelijke materiaal zal weer meer energie verbruiken als je het moet sorteren, verpletteren en opnieuw malen om het te hergebruiken. Dit kost allemaal energie, terwijl je met de schimmelsteen het materiaal ofwel recycleert, ofwel versnippert en vervolgens over de grond verspreidt.
Hoe was het voor jou om dit onderzoek te doen?
Het hele proces was behoorlijk moeilijk; ik moest veel modelleren in SimaPro (LCA-software), veel herhalingen van het model doen. En het was uitdagend, omdat je iets moet modelleren dat een nieuwe en innovatieve technologie is. Er waren beperkte hoeveelheden onderzoek van wieg tot graf gedaan naar deze materialen, dus ik moest zelf veel scenario's creëren en dingen modelleren.
Maar dat maakte het ook erg interessant, omdat je dan moet nadenken over de hele levenscyclus en deze in alle componenten moet opsplitsen. Het is een soort probleemoplossing en soms zijn er meerdere mensen nodig om het systeem te beschrijven. Ik heb zeker veel geleerd in de afgelopen 6 maanden over LCA's en volledige levenscyclusmodellering!
Do you have any final advice or conclusion?
Ik zou meer mensen willen aanmoedigen om te experimenteren met mycelium, ik geloof dat deze technologie verbeterd moet worden. En helaas krijgt het materiaal niet de aandacht die het nodig heeft. Maar ik heb er veel vertrouwen in; ik denk dat het echt de investering waard is en dat er veel geweldige dingen gedaan kunnen worden met mycelium, of schimmels in het algemeen.
