Живой бетон с бактериями и песком

Цемент и бетон не сильно изменились за последние сто лет, как технологии, но исследователи из Колорадо революционизируют строительные материалы, буквально воплощая их в жизнь.

Разработанный метод, представленный 15 января 2020 года в журнале Matter, объединяет песок и бактерии для создания живого материала, несущего структурную (несущую) и биологическую функцию.

Живой строительный материал

Команда создала лес из песка и гидрогеля для роста бактерий. Гидрогель удерживает влагу и питательные вещества для размножения и минерализации бактерий - процесс, похожий на образование ракушек в океане. Комбинируя все три составляющих, исследователи создали зеленый живой материал, который демонстрирует прочность, аналогичную цементному раствору.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

«Мы используем фотосинтетические цианобактерии для биоминерализации основы, поэтому он действительно зеленый. Это похоже на материал типа Франкенштейна», - говорит старший автор Уил Срубар, который возглавляет Лабораторию живых материалов в Университете Колорадо в Боулдере. «Это именно то, что мы пытаемся создать - то, что остается в живых».

Эта фотография показывает рост и минерализацию зеленых фотосинтезирующих цианобактерий в гидрогелево-песчаной структуре. Живой материал обладает такой же прочностью, что и цементный раствор. 

Гидрогелево-песчаный кирпич не только живой, он еще и воспроизводится. Если разбить кирпич пополам, бактерии могут вырасти в два полных кирпича с помощью дополнительного песка, гидрогеля и питательных веществ. Вместо того, чтобы производить кирпичи один за другим, Срубар и его команда продемонстрировали, что один родительский кирпич может воспроизводить до восьми кирпичей через три поколения.

«Что нас действительно радует, так это то, что это бросает вызов традиционным способам производства конструкционных строительных материалов», - говорит Срубар. «Это действительно демонстрирует возможности экспоненциального производства материалов».

Бетон является вторым наиболее потребляемым материалом на земле после воды. Производство цемента, порошка для производства бетона, само по себе является причиной 6 % выбросов CO₂, и бетон также выделяет CO₂ при своем затвердевании. Метод, разработанный Срубаром и его командой, представляет собой зеленую альтернативу современным строительным материалам. Тем не менее, есть компромисс с этим зеленым материалом.

Кирпич должен быть полностью высушен для достижения максимальной структурной способности (то есть прочности), но в то же время сушка усиливает воздействие бактерий и снижает их жизнеспособность. Для поддержания структурной функции и обеспечения выживаемости микроорганизмов критически важна концепция оптимальной относительной влажности и условиях хранения. Используя влажность и температуру в качестве физических переключателей, исследователи могут контролировать, когда бактерии растут и когда материал остается в неактивном состоянии для выполнения структурных функций.

«Это материальная платформа, которая создает основу для совершенно новых захватывающих материалов, которые могут быть сконструированы для взаимодействия и реагирования на окружающую среду», - говорит Срубар. «Мы просто пытаемся воплотить строительные материалы в жизнь, и я думаю, что это самородок во всем этом. Мы закладываем фундамент новой дисциплины». 

Следующим шагом для Срубара и его команды является исследование многочисленных применений, которые предоставляет материал. Срубар предполагает введение бактерий с различными функциональными возможностями на материальную платформу для создания новых материалов с биологическими функциями, таких как те, которые обнаруживают и реагируют с токсинами в воздухе. Другие применения включают строительные конструкции, где есть ограниченные ресурсы, такие как пустыня или даже другая планета - например Марс.

«В суровых условиях эти материалы будут особенно эффективны, потому что они используют солнечный свет для роста и размножения с очень небольшим количеством экзогенного материала, необходимого для их роста», - говорит Срубар. «Это произойдет так или иначе, и мы не будем перевозить мешки с цементом до самого Марса. Я действительно думаю, что мы будем приносить биологию с собой, как только мы туда попадем». опубликовано econet.ru по материалам scitechdaily.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet