Finansiering för nya lösningar med biomassa i 3D-utskrift av cement

Forskningsprojektet Mot hållbar biobaserad cirkularitet i digitaliserad byggnad: pilotskala 3D-utskrift återanvänd biomassa i cement skickades in till en utlysning av Formas, ett statligt forskningsråd för hållbar utveckling, med titeln Forskningsdrivna lösningar för en hållbar omställning 2024. Projektet, som leds av professor Ergang Wang från Tillämpad kemi vid Chalmers tekniska högskola i samarbete med Arkitekthögskolan vid Umeå universitet och de industriella partnerna Konkretprint AB och Biofiber Tech Sweden AB, har beviljats 3,9 miljoner kronor i finansiering.

I min forskning undersöker jag hur man kan återanvända naturliga avfallsmaterial från svensk industri till nya byggmaterial för både renovering och nybyggnation

Julio Diarte Almada är projektets deltagare från Arkitekthögskolan vid Umeå universitet. Julio, som ursprungligen kommer från Paraguay, tog 2020 sin doktorsexamen i arkitektur vid Penn State University med inriktning på datorstödd design och byggmaterialprocesser. Sedan augusti 2023 har han arbetat som biträdande universitetslektor på Arkitekthögskolan, där han delar sin tid mellan forskning och undervisning.

Julio Diarte Almada, biträdande universitetslektor på Arkitekthögskolan vid Umeå universitet

Bild Stella Karlsson Garonzi

– I min forskning undersöker jag hur man kan återanvända naturliga avfallsmaterial från svensk industri till nya byggmaterial för både renovering och nybyggnation. I den här processen samarbetar jag med forskare inom arkitektur, byggnadsfysik och materialvetenskap för att designa, tillverka och testa prototyper av byggdelar och komponenter. Som lärare samordnar jag kursen i arkitekturteknologi för andraårsstudenter på arkitektprogrammet, och jag är även en del av undervisningsteamet för samma kurs på masterprogrammet i arkitektur och samhällsbyggnad, berättar Julio Diarte Almada.

Användning av industriella restprodukter i 3D-utskrivbara lösningar

På senare tid har Arkitekthögskolan expanderat från sina lokaler till andra våningen i Curiosums lokaler i det gamla sliperiet bredvid skolans huvudbyggnad på konstnärligt campus. Förutom ett datalabb och föreläsningsytor är en del av lokalen nu dedikerad till ett forskningslabb för Julios experiment med innovativa byggmaterial. På plats i labbet plockar Julio fram en låda från hyllorna för att visa en variation av 3D-utskrivna prototyper samtidigt som han förklarar:

– Min forskning består av tre huvuddelar. För det första använder vi avfall från svensk industri: träfibrer från skogsindustrin, cellulosa från textil- och förpackningsindustrin och biokol från energisektorn, och undersöker lämpliga formuleringar för att skapa 3D-utskrivbara pastor. Vi kombinerar till exempel dessa fibrer med lera, cement eller mycel, andra tillsatser och vatten. Därefter väljer vi de mest framgångsrika lösningarna och designar byggdelar och 3D-utskriver för att testa materialla- och visuella egenskaper. Slutligen skapar vi mock-ups i verklig skala för att studera hur dessa nya byggkomponenter kan integreras i befintliga eller nya byggnader. Om de nya komponenterna har goda termiska isoleringsegenskaper kan vi till exempel skapa isoleringspaneler som kan fästas på befintliga byggnader.

Bild Erik Persson

Forskningssamarbeten för att skala upp

Medan Julio guidar mig runt i labbet och visar råmaterial, datorprogram för modellering av utskrifterna och en 3D-skrivare som för närvarande kör ett test, kommer en student förbi för att få koll på ett pågående experiment där en panel i ett studentdesignat projekt i full skala snart ska skrivas ut. När studenten åter lämnar labbet frågar jag Julio hur han blev involverad i projektet med professor Ergang Wang från Chalmers.

– Samarbete är avgörande inom forskning, så det första jag gjorde när jag kom till Sverige var att söka kontakt med personer som arbetar med liknande problem men inom andra forskningsfält. Det var så jag kom i kontakt med forskare från kemi och kemiteknik på Chalmers tekniska högskola, som har erfarenhet av att omvandla biobaserade industriella avfallsprocesser. Sedan dess har vi arbetat tillsammans i preliminära experiment och jobbat med ansökningar för att undersöka möjligheterna att återanvända biobaserat avfall som resurs för byggmaterial. Den här ansökan inkluderar både akademiska och industriella parter som arbetar med 3D-utskrift av cement och biofiberteknik, förklarar Julio.

Min roll i forskarteamet är att samordna designen av prototypbyggdelar och strukturer samt digitala simuleringar för att bedöma olika materialegenskaper

Han fortsätter att beskriva utlysningen och målet med projektet, som planeras starta i december 2024 och pågå till slutet av november 2026.

3D-utskrivna prototyper baserade på lösningar med olika spillmaterial.

Bild Julio Diarte Almada

– Formas Forskningsdrivna lösningar för hållbara omställningar 2024 sökte efter hållbara processer som kan åstadkomma konkreta effekter och resultera i ekonomiska, miljömässiga och sociala fördelar. Vårt projekt, Mot hållbar biobaserad cirkularitet i digitaliserad byggnad: pilotskala 3D-utskrift återanvänd biomassa i cement, handlar om att minska cementinnehållet i 3D-utskrivna cementbyggnader genom att använda ytbehandlade träfibrer som förstärkning. Vi hoppas att uppnå en lämplig lösning av cement och träfiber som fungerar för 3D-utskrift av stora strukturer och som erbjuder fördelar som styrka, lätthet och minskad miljöpåverkan. Min roll i forskarteamet är att samordna designen av prototypbyggdelar och strukturer samt digitala simuleringar för att bedöma olika materialegenskaper. Forskningsmedlen som tilldelats Arkitekthögskolan (Redaktionell anmärkning: cirka 365 000 SEK) kommer att användas för att anställa en forskningsassistent som hjälper till i processen, avslutar Julio Diarte Almada.