Веками строители производили бетон примерно одинаково: смешивая твердые материалы, такие как песок, с различными связующими веществами и надеясь, что он останется неподвижным и жестким в течение длительного времени.
Теперь междисциплинарная группа исследователей из Университета Колорадо, Боулдер, создала совершенно другой вид бетона - тот, который жив и может даже воспроизводить.
Минералы в новом материале осаждаются не химией, а цианобактериями, распространенным классом микробов, которые захватывают энергию посредством фотосинтеза. Процесс фотосинтеза поглощает углекислый газ, что резко контрастирует с производством обычного бетона, который выбрасывает огромное количество этого парникового газа.
Фотосинтетические бактерии также придают бетону еще одну необычную особенность: зеленый цвет. «Это действительно похоже на материал Франкенштейна», - сказал Вил Срубар, инженер-строитель и руководитель исследовательского проекта. (Зеленый цвет исчезает, когда материал высыхает.)
Другие исследователи работали над включением биологии в бетон, особенно в бетон, который может лечить собственные трещины. Основное преимущество нового материала, говорят его создатели, состоит в том, что вместо добавления бактерий в обычный бетон - негостеприимную среду - их процесс ориентирован на бактерии: вовлекает их в сборку бетона и поддерживает их в живых, чтобы они потом делали больше. ,
Новый бетон, описанный в среду в журнале Matter , «представляет новый и интересный класс низкоуглеродистых дизайнерских строительных материалов», - говорит Андреа Гамильтон, эксперт по бетону в Университете Стратклайда в Шотландии.
Чтобы построить живой бетон, исследователи сначала попытались поместить цианобактерии в смесь теплой воды, песка и питательных веществ. Микробы охотно поглощали свет и начали производить карбонат кальция, постепенно цементируя частицы песка вместе. Но процесс шел медленно - и Дарпа, спекулятивный исследовательский отдел Министерства обороны и спонсор проекта, хотел, чтобы строительство шло очень быстро. Необходимость, счастливо, изобретенное изобретение.
Доктор Срубар ранее работал с желатином, пищевым ингредиентом, который при растворении в воде и охлаждении образует особые связи между его молекулами. Важно отметить, что его можно использовать при умеренных температурах, которые нежно воздействуют на бактерии. Он предложил добавить желатин для усиления матрицы, которую строят цианобактерии, и команда была заинтригована.
Исследователи купили желатин марки Knox в местном супермаркете и растворили его в растворе с бактериями. Когда они вылили смесь в формы и охладили ее в холодильнике, желатин образовал свои связи - «точно так же, как при приготовлении желе», - сказал доктор Срубар. Желатин обеспечил большую структуру и работал с бактериями, чтобы помочь живому бетону расти сильнее и быстрее.
Примерно через день смесь сформировала бетонные блоки в форме любых форм, которые использовала группа, включая двухдюймовые кубики, блоки размером с обувную коробку и куски фермы с распорками и вырезами. Отдельные двухдюймовые кубики были достаточно крепкими, чтобы человек мог стоять на них, хотя материал слабее по сравнению с большинством обычных бетонов. Блоки размером с обувную коробку показали потенциал для реального строительства.
«В первый раз, когда мы создали большую структуру, используя эту систему, мы не знали, будет ли она работать, переходя от этой маленькой вещицы к этой большой кирпиче», - сказал Челси Хеверан, бывший постдок группы. в настоящее время инженер в Университете штата Монтана - и ведущий автор исследования. «Мы вынули его из формы и держали его - он был красивым, ярко-зеленого цвета и на его боковой стороне было написано« Дарпа ».» (Форма была названа спонсором проекта.) «Это был первый раз, когда у нас был масштаб, который мы представляли, и это было действительно захватывающим ».
Когда группа принесла небольшие образцы на регулярную обзорную встречу с официальными лицами из Дарпы, они были впечатлены, доктор Срубар сказал: «Все хотели один на своем столе».
При хранении в относительно сухом воздухе при комнатной температуре блоки достигают максимальной прочности в течение нескольких дней, и бактерии постепенно начинают вымирать. Но даже через несколько недель блоки все еще живы; когда снова подвергаются воздействию высокой температуры и влажности, многие из бактериальных клеток бодрствуют.
Группа может взять один блок, разрезать его алмазной пилой, поместить половину назад в теплый химический стакан с большим количеством сырья, вылить его в форму и начать заново бетонирование. Таким образом, каждый блок может порождать три новых поколения, давая восемь блоков-потомков.
Министерство обороны заинтересовано в использовании воспроизводительной способности этих «БМ» - живых строительных материалов - для оказания помощи в строительстве в отдаленных или суровых условиях. «В пустыне вам не нужно перевозить много материалов», - сказал доктор Срубар.