Mikroskopiska byggare kan ersätta cement

Den kemiska reaktionen i tillverkningen av cement, när kalciumkarbonat (CaCO₃) hettas upp till kalciumoxid (CaO), gör att en mängd koldioxid frigörs. Espinosa Ortiz vill i stället låta mikroorganismer – i synnerhet bakterier och svampar – återskapa just kalciumkarbonat, men vid rumstemperatur och med låga utsläpp.

-Mitt arbete fokuserar på att använda bakterier och svampar för att skapa alternativa material till traditionell cement, genom en process som kallas biomineralisering, säger Espinosa Ortiz i en intervju med Utah State Universitys nyhetssajt USU Today.

Processen bygger på att mikroorganismer, ofta Sporosarcina pasteurii eller andra ureaseproducerande bakterier, kan inducera utfällning av mineraler, främst kalciumkarbonat. Detta sker genom enzymatisk nedbrytning av urea, vilket resulterar i lokal pH-ökning och därmed kristallisation av mineraler. I Espinosa Ortiz laboratorium används denna process för att binda samman sandkorn till solida strukturer – en form av biologiskt cement, eller “biocement”.

Vid tidigare försök, bland annat vid Montana State University, har forskargruppen skapat små cementliknande block genom att blanda sand med mikrobiellt substrat och sedan injicera detta i formar. Efter några dagar hårdnar materialet till ett poröst men hållfast byggelement. Gruppen har också testat hur svamphyfer kan fungera som matris för mineralutfällning – där mycelets struktur ger både volym och hållfasthet.

Parallellt med nyproduktion undersöker Espinosa Ortiz även potentialen för så kallad självlagande betong, där svampsporer kapslas in i materialet och aktiveras först när sprickor uppstår. När vatten tränger in vid skador, vaknar sporerna till liv och sätter igång biomineraliseringen. Resultatet blir utfällningar av kalciumkarbonat som tätar sprickorna.

Forskningen är inte unik för Utah. Ett växande antal projekt runt om i världen arbetar med liknande principer. Vid University of Colorado har man med bakterier tagit fram bio-tegelstenar som växer och kan regenerera sig själva. I Storbritannien har forskare vid Newcastle University utvecklat så kallade “engineered living materials”, där svamphyfer kombineras med bakterier för att skapa självväxande strukturer.

Enligt en studie publicerad i Cell Reports Physical Science i april 2025 kan kombinationen av mycel från Neurospora crassa och bakterier som Sporosarcina pasteurii ge strukturella material med självläkande egenskaper som överlever i flera veckor – en förbättring jämfört med många andra levande material.
Men tekniken har sina begränsningar. De flesta biomineraliserade material har än så länge låg tryckhållfasthet jämfört med Portlandcement. De är känsliga för fukt, beroende av kontrollerad tillväxtmiljö, och kan kräva tillsatser som inte alltid är biologiskt nedbrytbara. Skalbarheten – att gå från laboratorieprover till verkliga byggprojekt – är ännu oprövad i industriell skala.

Trots detta ser många forskare området som ett lovande spår, särskilt i kombination med andra klimatstrategier inom byggsektorn. Biologiska material, menar Espinosa Ortiz, kan spela en viktig roll i framtidens hållbara stadsbyggande – inte nödvändigtvis som en total ersättning för cement, men som ett alternativ i vissa applikationer, särskilt där lägre hållfasthet kan accepteras.

-Det handlar om att omdefiniera vad vi menar med byggmaterial,” säger hon till USU Today. “Istället för att utvinna och bränna – varför inte odla våra byggblock?”

Se filmen om forskningen på Youtube