Наполнение строительных материалов живыми микроорганизмами уже дало неодушевленным предметам новые силы. Например, самовосстанавливающийся бетон использует бактерии или грибы для устранения собственных трещин. Теперь исследователи разработали живое вещество, которое может превратиться из липкой песчаной смеси в твердый кирпич, а после, начать копировать самого себя. Сторонники утверждают, что его можно использовать для изготовления строительного материала, который требует относительно небольшого количества ресурсов и к тому же способен поглощать парниковые газы.
«Мы выбрали форму и позволили бактериям, помочь в процессе производства материала»
Говорит Уил Срубар, специалист по материалам и инженер-архитектор из Университета Колорадо в Боулдере. Его команда использовала тип цианобактерии из рода Synechococcus .
Приведенные в действие в результате фотосинтеза, эти микроорганизмы поглощают солнечный свет, питательные вещества и углекислый газ. В результате они начинают выделять карбонат кальция - твердое вещество, которое содержится в ракушках и цементе. Исследователи выращивали цианобактерии в ванне с искусственной морской водой и другими питательными веществами, нагревали до 30 градусов по Цельсию, а затем объединяли эту жидкость с желатином и песком.
Вылив в форму, смесь охлаждают, и желатин начинает осаждаться, образуя липкий «каркас», который поддерживает рост бактерий. Бактерия Synechococcus выделяет карбонат кальция, превращая мягкую структуру в более твердое минерализованное вещество, удерживающее песок на месте.
«Я думаю, что идея использовать цианобактерии для создания материалов, это действительно хорошая идея»
Говорит инженер-механик Лина Гонсалес , в настоящее время преподаватель факультета в Массачусетском университете Лоуэлл, который не принимал участия в исследовании. Она отмечает, что цианобактерии поглощают углекислый газ.
Традиционный процесс производства цемента, как правило, делает обратное: он требует значительного тепла, обычно от сжигания ископаемого топлива, которое выбрасывает парниковые газы в атмосферу. По некоторым оценкам , цемент составляет около 7 процентов выбросов углерода во всем мире.
Это экологическое преимущество также вдохновило других исследователей, и уже имеется коммерчески доступный цемент, изготовленный из песка и бактерий, который выделяет меньше углекислого газа, чем традиционные методы производства.
«Но я бы сказал, что наш подход принципиально другой, потому что мы используем фотосинтезирующие бактерии и CO 2и солнечный свет, чтобы сделать материал »
«Жизнеспособность нашего материала на порядок выше, чем в самовосстанавливающемся цементе»
Говорит Срубар.
Под «жизнеспособностью» он подразумевает, что микроорганизмы в материале его команды остаются живыми дольше, чем те, которые в настоящее время используются в самовосстанавливающемся цементе: через 30 дней после затвердевания кирпича, в материале выжило от 9 до 14 процентов микроорганизмов.
Для сравнения, бактерии в самовосстанавливающемся цементе, за тот же период времени, выжили бы лишь доли процента.
Высокая жизнеспособность позволяет кирпичам Срубара выполнять уникальный трюк: частичное самовоспроизведение. Разбейте законченный кирпич и поместите его половину обратно в форму со свежей порцией желатина и песка, бактерии из исходного куска восстановят кирпич.
Хотя этот метод производства был бы более экологичным, чем многие традиционные, Срубар не предполагает, что бактериальный кирпич полностью вытеснит более традиционные материалы. Вместо этого он предполагает, что его работа может помочь людям строить здания в районах с ограниченным доступом к ресурсам, таких как военные объекты в пустыне или населенные пункты на других планетах.
«Мы были мотивированы созданием инфраструктуры в условиях действительно ограниченных ресурсов»
« Если у вас есть солнечный свет, CO 2 и, немного воды и немного питательных веществ - у вас получится вырастить физический материал, который вы можете использовать для создания инфраструктуры. »
Но экспериментальный процесс имеет свои ограничения.
- Во-первых, бактерии процветают только тогда, когда воздух вокруг них содержит достаточно воды. Гонсалес предполагает, что бактериальный вид, который образует защитные споры во время стресса окружающей среды, может оказаться более устойчивым.
- Во-вторых, материал в идеале был бы сильнее. Исследователи проверили живые кирпичи, применяя давление, чтобы увидеть, сколько они могут выдержать, и измерили их сопротивление растрескиванию. По сравнению с аналогичным материалом, который не содержал цианобактерий, живая версия была на 15 процентов жестче. Но он не соответствовал упругости стандартного кирпича или цемента, показывая себя больше как цемент низкой прочности. Команда Срубара планирует экспериментировать и с другими материалами, кроме песка, в надежде сделать кирпичи прочнее.
Существует также интригующая возможность того, что различные виды бактерий могут позволить живому кирпичу лучше взаимодействовать с окружающей средой.
«Главное, что организмы обладают способностью ощущать окружающую среду. Они могут ощущать свет, уровень pH в окружающей среде и тому подобное. Кроме того, вы можете генетически модифицировать бактерии, чтобы они реагировали, к примеру, на определенную команду».
