Over staal-etende en beton-helende bacteriën

Bacteriën, eencellige micro-organismen, kunnen uiteenlopende constructies aantasten. Denk aan sprinklerinstallaties, drinkwaterleidingen, olie- en gasleidingen, windmolens, damwanden en bruggen. Gelukkig weten gespecialiseerde bedrijven, zoals Microbial Analysis en MIC Europe, steeds beter hoe microbiële corrosie in zijn werk gaat en wat deze corrosie onderscheidt van andere vormen van corrosie.

Elsemiek Croese van Microbial Analysis vertelt dat het belangrijk is om roestvorming door chemische corrosie te onderscheiden van corrosie die ontstaat door bacteriën. Chemische corrosie, roestvorming onder invloed van zuurstof en water, verloopt traag en over de gehele oppervlakte. Bij corrosie door bacteriën gaat het snel en heel lokaal. “Een damwand met een dikte van 5 millimeter kan in vijf jaar tijd lek zijn”, aldus Croese. Mark Alderliesten, adviseur bij MIC Europe, trekt dezelfde conclusie. “Het lijkt soms wel alsof iemand er met een boormachine doorheen is gegaan. Je krijgt een heftige aantasting op één, zeer lokale, plek. Het is net of er maar één snackbar is, waar al die bacteriën naartoe gaan om te eten.”

Bestrijden van bacteriën

Gelukkig zijn er manieren om de bacteriële boosdoeners de baas te blijven. Croese: “Je kunt bijvoorbeeld het staaloppervlak afschermen door een verf of een coating. En soms kun je de omgeving van de bacteriën aanpassen. Bijvoorbeeld als er in de omgeving van het staal sprake is van water dat is vervuild met voedingsstoffen. Het wegnemen van de voedingsstoffen kan helpen, net als regelmatig schoonmaken. Dat gebeurt bijvoorbeeld met borstels die in pijpleidingen de oppervlakte schoon schrapen. Het is net tandenpoetsen: door je tanden te poetsen, voorkom je dat er een biofilm, een laagje tandplak, ontstaat die je tanden aantast en voor gaatjes zorgt.”

MIC Europe, dat zich onder andere richt op het voorkomen van corrosie in sprinklerinstallaties, ontwikkelde het product PipeShield. Dit wordt aan water toegevoegd en zorgt voor een beschermende laag op het metaal. Het kan ook worden toegepast als de corrosie al aan de gang is. Alderliesten: “Het product zorgt ervoor dat de bacteriën worden ingekapseld. Het neemt ze als het ware in de houdgreep. Daarnaast ontstaat er een flinterdun beschermend laagje op de wand, waardoor de bacteriën zich niet kunnen manifesteren.” Croese legt uit dat je bij pijpleidingen en damwanden ook kunt werken met kathodische bescherming. “Dit komt erop neer dat je een beetje stroom, een beetje spanning, op de constructie zet. Hierdoor veranderen de elektrochemische eigenschappen.”

Bacteriën zijn dus in toom te houden met coatings, regelmatig schoonmaken, het wegnemen van voedingstoffen en kathodische bescherming. Stuk voor stuk prachtige oplossingen, maar zijn de bacteriën niet ook met andere bacteriën te bestrijden? Croese tempert de verwachtingen. “Dat zouden we wel willen, maar het blijft voorlopig een droom. Wetenschappers denken wel na over het ontwikkelen van virussen die specifieke bacteriën kunnen doden. Dit kan theoretisch en het lukt ook in het laboratorium, maar in de praktijk is het heel ingewikkeld om dit proces te sturen. Wanneer je één bacterie wegneemt, neemt een andere het over.”

Bacteriën voor je laten werken

Het bestrijden van bacteriën kan hard nodig zijn, maar je kunt ze ook voeden en voor je laten werken. Dat gebeurt bij ‘zelfhelende’ materialen, zoals zelfhelend beton. Microbioloog Henk Jonkers, hoogleraar aan de TU Delft, kan zich nog goed herinneren hoe hij hierbij betrokken raakte. “Erik Schlangen van de TU Delft, expert op het gebied van constructiematerialen, nam in 2006 contact met me op. Hij wilde bacteriën in beton stoppen en vroeg of ik eens in Delft wilde komen praten. Ik zat vijf uur in de trein en keek op Wikipedia: ‘Wat is beton eigenlijk?’. Eenmaal aangekomen vertelde ik eerlijk ‘Ik weet niet zoveel van beton’, waarop Erik zei: ‘Ik weet niet zoveel van bacteriën’.” Het was duidelijk dat de expertise van beide mannen op elkaar aansloot en Jonkers besloot in Delft te gaan werken.

Beton is een robuust materiaal, maar toch heeft het zwakke plekken. “Het probleem met beton is dat het heel goed drukkrachten kan weerstaan, maar slecht presteert onder trek”, legt Jonkers uit. “Als er aan beton getrokken wordt, ontstaan er scheurtjes. Het antwoord daarop is wapening. Je voegt een stalen constructie toe en dan is dat scheuren niet erg. Het enige probleem is lekkage. Dit speelt bijvoorbeeld bij tunnels en andere ondergrondse constructies. Als het water via de scheuren de wapening bereikt, gaat het staal corroderen. Dat noemen we in de volksmond betonrot. Zodra de wapening is doorgeroest, verlies je de treksterkte en dan dreigt instortingsgevaar.”

Voedingsstoffen omzetten in kalksteen

Jonkers vertelt dat in 2006 het idee ontstond om capsules van afbreekbaar plastic met bacteriën en voedingsstoffen toe te voegen aan het beton. “De bacteriën leiden een slapend bestaan. Ze worden pas actief op het moment dat er door de scheuren water binnendringt. Dan gaan de bacteriën de voedingsstoffen omzetten in kalksteen. Zo gaan de scheuren dicht, stopt de betonrot en gaan constructies veel langer mee.” Jonkers en zijn collega’s deden laboratoriumonderzoek om het idee te testen. Nadat bleek dat de bacteriën echt als kleine bouwvakkers aan de slag gingen, werd patent aangevraagd. Dit vormde de start van Basilisk, een bedrijf dat op commerciële basis de ingrediënten voor zelfhelend beton verkoopt.

Het zelfhelende beton is inmiddels in meerdere projecten toegepast. Een goed voorbeeld is de Vijfeikentunnel in het Noord-Brabantse Rijen, die in juli 2024 in gebruik is genomen. Deze spooronderdoorgang van ProRail is door Heijmans gebouwd. Basilisk leverde de ingrediënten voor het beton. Aan elke kuub werd een mix van zes kilo bacteriesporen en voedingsstoffen toegevoegd. Jeroen van Oosten van Heijmans Infra vertelt dat de Vijfeikentunnel het eerste project was waarin Heijmans met het nieuwe materiaal werkte. “In de reguliere ontwerpwijze is de waterdichtheid van het project maatgevend voor de hoeveelheid wapening. Door de toepassing van zelfhelend beton kon de hoeveelheid wapening sterk omlaag. Een duurzame oplossing.”

Kijk naar de praktijk

Jonkers legt uit waarom de uitvinding slechts langzaam terrein wint. Volgens hem zijn alle betrokkenen gecertificeerd en werken ze allemaal keurig volgens de norm. Dit staat garant voor een goed product, dus waarom zou je investeren in zelfhelend beton? Zijn antwoord: “Lekkage, versnelde corrosie en betonrot”. Hij vervolgt: “Kijk naar de praktijk. Neem de HSL, de hogesnelheidslijn. Die is de laatste jaren niet positief in het nieuws, omdat er problemen zijn met de constructie. Op delen van die lijn is, binnen tien jaar, sprake van versnelde veroudering. We hebben het dan over gecertificeerd beton. Zo’n certificaat is dus geen garantie voor kwaliteit.”

Jeroen van Oosten van Heijmans Infra ziet het zelfhelende beton langzaam terrein winnen. “Er is de laatste jaren natuurlijk ook een steeds grotere behoefte aan duurzamere oplossingen”. Heijmans is inmiddels ook bezig met andere toepassingen van zelfhelend beton, waaronder woningbouw met ondergrondse parkeergarages. De voor het blote oog onzichtbare bouwvakkers gaan dus de komende jaren vaker aan de slag.

Door Jaco Berveling