البناة البكتيرية هم مفتاح البدائل الملموسة

يلجأ العلماء إلى العالم الحي لإيجاد بدائل للخرسانة. تنتج العديد من الحيوانات المختلفة ، مثل السلاحف والسلاحف والمحار ، مواد هيكلية صلبة خاصة بها – ولكن أحد أكثر مصادر المواد الصلبة إثارة للاهتمام يأتي من بعض البكتيريا التي تنتج الكالسيت ، وهو شكل من كربونات الكالسيوم التي تشكل الحجر الجيري.

الخرسانة هي المادة الأكثر استهلاكًا على وجه الأرض ، حيث يتم إنتاج حوالي 25 مليار طن سنويًا. تدوم عقودًا أطول من مواد البناء الأخرى ولا تحترق أو تصدأ أو تتعفن. لكن تصنيع الأسمنت ، المكون الأساسي للخرسانة ، هو الأكثر كثافة في استخدام الطاقة بين جميع الصناعات التحويلية ؛ إنه مصدر رئيسي لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، والتي تصل إلى 2.8 مليار طن سنويًا أو ما يقرب من 8 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية.

بينما نحدق في التغيرات الكارثية التي تحدث لمناخ الأرض ، يجب علينا الآن أن نحسب حساب التكاليف البيئية المرتبطة بإنتاج الخرسانة. يمكن أن تكون مواد البناء الحية مثل البكتيريا المنتجة للكالسيت ، والتي تتطلب القليل من الطاقة ولها آثار كربونية أقل بشكل كبير ، مفيدة لمجموعة متنوعة من الوظائف.

في تحسن

يمكن استخدام البكتيريا لإصلاح التشققات في الخرسانة ، على سبيل المثال. تتمتع الخرسانة بمقاومة شد منخفضة وهشة بطبيعتها ، مما يجعلها عرضة للتشقق. تستخدم طرق الإصلاح التقليدية مواد كيميائية مثل أنظمة الإيبوكسي باهظة الثمن وتتطلب عملاً عمليًا. لكن تشتت البكتيريا تسمى Bacillus halodurans، المعدلة وراثيا من قبل العلماء لتعزيز صفاته المنتجة للكالسيت ، يمكن رشها في الشقوق بدلا من ذلك.

تقنية المسح أظهر في عام 2019 أن الكالسيت الذي تنتجه البكتيريا يخترق عمق الشق بأكمله لتشكيل سد دائم. ظهر نظام إصلاح سائل يعتمد على هذه التقنية في السوق مؤخرًا.

يتم استخدام أكثر طموحًا للبكتيريا المنتجة للكالسيت في تصنيع الخرسانة التي تشفي نفسها. قام العلماء الهولنديون بتغليف بكتيريا Bacillus ، التي يمكن أن تعيش لعقود من دون طعام أو ماء ، في بلاستيك قابل للتحلل الحيوي مع لاكتات الكالسيوم كمصدر للغذاء. ثم تم إضافة هذه الكبسولات إلى خليط الخرسانة. عندما ظهر صدع في الخرسانة ، دخلت مياه الأمطار وحلت البلاستيك ، مما سمح للبكتيريا بالاستقلاب وإنتاج الكالسيت الشافي.

يقول المخترع هينك جونكرز ، الباحث في جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا: “إنها تجمع بين الطبيعة ومواد البناء”. “توفر لنا الطبيعة الكثير من الوظائف مجانًا – في هذه الحالة البكتيريا المنتجة للحجر الجيري. إذا تمكنا من تنفيذه في المواد ، فيمكننا الاستفادة منه حقًا ، لذلك أعتقد أنه مثال رائع حقًا لربط الطبيعة والبيئة المبنية بمفهوم جديد واحد “.

يشبون

ربما يأتي التطبيق الأكثر إثارة للاهتمام للبكتيريا المنتجة للكلسيت من عمل العلماء في جامعة كولورادو بولدر ، الذين العام الماضي تستخدم البكتيريا لتصنيع لبنة لا تحتوي على الأسمنت على الإطلاق. لقد صنعوا مادة البناء منخفضة الكربون عن طريق سكب خليط من الرمل والجيلاتين ومغذيات الكالسيوم والبكتيريا الزرقاء الضوئية في قالب. عندما تجمد الجيلاتين ، شكل سقالة تدعم نمو البكتيريا. تقوم البكتيريا بعد ذلك بترسيب كربونات الكالسيوم ، محولة الخليط إلى كتلة صلبة تكون تقريبًا قوية مثل كتلة أساسها الأسمنت.

ومع ذلك ، هناك اختلاف رئيسي واحد. تكتسب المواد التقليدية الشبيهة بالأسمنت قوتها ببطء شديد ؛ تُقاس القوة عادةً بعد 28 يومًا فقط. وبالمقارنة ، فإن الكتل المصنوعة بالطريقة البكتيرية تكتسب قوتها الكاملة بعد سبعة أيام فقط.

قد يكون من الممكن استخدام هذه الطريقة “لتنمية” المواد الإنشائية في الأماكن النائية والبيئات المعادية. هناك حاجة إلى القليل من المواد نسبيًا ويمكن توزيع أكياس المكونات في صورة مجففة. قد يكون مثل هذا النظام مفيدًا للهياكل المدنية والعسكرية المؤقتة ، أو الرصف ، أو الواجهات أو غيرها من الهياكل الحاملة للخدمة الخفيفة.

يجب تجفيف المادة للوصول إلى أقصى قوتها ، ولكن قد تكون هناك أيضًا مزايا للحفاظ على الكتل رطبة بدرجة كافية بحيث تؤدي البكتيريا وظائف مفيدة أخرى. يمكن أن تكون مادة البناء متعددة الوظائف هذه قادرة ، على سبيل المثال ، على عكس الأضرار الهيكلية في حالة حدوث زلزال. قد تكون الوظائف الأخرى ممكنة أيضًا: استشعار السموم في الهواء والاستجابة لها أو حتى التوهج في الظلام.

يقول ويل سروبار ، أستاذ الهندسة المساعد في جامعة كولورادو بولدر الذي شارك في البحث: “نحن نستخدم بالفعل موادًا بيولوجية في مبانينا ، مثل الخشب ، لكن هذه المواد لم تعد حية”. “نحن نسأل ،” لماذا لا نبقيهم على قيد الحياة ونجعل هذه البيولوجيا تفعل شيئًا مفيدًا أيضًا؟ “

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *