يمكن أن تكون المباني مملة للغاية. في حين أن الهندسة المعمارية قد تثير الإعجاب ، فإن المواد التي تتكون منها المنازل والمدارس وناطحات السحاب تجلس في الغالب حولها. لكن العلماء يصممون مواد بناء جديدة تستجيب للبيئة وقد تساعد في تحسينها. قامت إحدى المجموعات الآن بتطوير الخرسانة "الحية". تساعد البكتيريا الموجودة بداخله في تكوين المادة وصنع المزيد منها. في هذه العملية ، تمتص هذه الخرسانة غازات الدفيئة من الهواء وتخزنها. سيكون ذلك مفيدًا للبيئة.
أبلغ الباحثون عن عملهم في 5 فبراير المادة .
تتكون الخرسانة من الرمل أو الصخور بالإضافة إلى مواد رابطة - مثل الأسمنت - التي تمسك الخليط معًا. يتم إنتاج بلايين الأمتار المكعبة من الخرسانة كل عام. هذا يجعلها واحدة من أكثر مواد البناء شيوعًا. لكن كل هذه الخرسانة تأتي بتكلفة بيئية. مما يجعلها تطلق الكثير من ثاني أكسيد الكربون.
الشرح:أول أكسيد الكربون وغازات الدفيئة الأخرى
ثاني أكسيد الكربون من الغازات الدفيئة القوية المسببة للاحتباس الحراري. يعرف معظم الناس أن حرق الوقود الأحفوري يطلق الكثير من هذا الغاز. وكذلك صناعة الأسمنت ، بما في ذلك الاسمنت المستخدم في الخرسانة. يمثل الأسمنت أكثر من واحد على اثني عشر من ثاني أكسيد الكربون المنطلق في الهواء كل عام.
تساعد البكتيريا في جعل الخرسانة الجديدة طريقة مختلفة. تسحب هذه الميكروبات ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتستخدمه في النمو. في هذه العملية ، يصنعون معدنًا يساعد في تقوية الخرسانة الجديدة ، كما يشير ويل سروبار. وهو عالم مواد في جامعة كولورادو بولدر. إنه أيضًا جزء من الفريق الذي طور الخرسانة. يقول سروبار إن البكتيريا ذات اللون الأخضر التي يستخدمونها تجعل الخرسانة "أكثر خضرة" من الناحية البيئية.
خلط فريقه الميكروبات مع الرمل والجيلاتين. ثم أضافوا العناصر الغذائية ، مثل الكالسيوم. اختار الباحثون البكتيريا الزرقاء (Sy-AN-oh-bak-TEER-ee-uh) لميكروباتهم. يوضح سروبار أن هذه تشبه البكتيريا أو الطحالب الخضراء التي تنمو في حوض للأسماك. تتغذى على ثاني أكسيد الكربون ، وتستخدمه والضوء لصنع السكريات التي تغذي نموها. تُعرف هذه العملية بالبناء الضوئي.
يقول العلماء:pH
أثناء البناء الضوئي ، تمتص الميكروبات ثاني أكسيد الكربون من الهواء. لذا فإن هذه العملية "لا تطلق الكربون. توضح آن ماير أنها تخزن الكربون في المواد. بصفتها عالمة أحياء اصطناعية ، قامت بتصميم البكتيريا لتصنيع المواد. تعمل في جامعة روتشستر بنيويورك ولم تشارك في هذه الدراسة.
عندما تقوم البكتيريا بعملية التمثيل الضوئي ، فإنها تزيد من درجة حموضة الخليط. تؤدي هذه البيئة الأساسية إلى تكوين بلورات صغيرة من كربونات الكالسيوم. كربونات الكالسيوم عنصر مهم في الأسمنت. تجعل هذه القطع الخرسانة الجديدة أكثر صلابة بمجرد تشكيلها في الطوب وتبريدها. يؤدي تبريد الخليط أيضًا إلى تصلب الجيلاتين ، على غرار عملية صنع حلويات الجيجلي في المطبخ.
البقاء على قيد الحياة
إذا تمكنت الميكروبات من البقاء على قيد الحياة في الخرسانة المتصلدة ، اعتقد فريق سروبار أنها قد تساعد في صنع مادة للطوب الجديد. لاختبار الفكرة ، قاموا بتقسيم كتلة وصهروا قطعها. أضافوا المزيد من العناصر الغذائية إلى الخليط - ونمت البكتيريا. مع وجود رمل إضافي ، كان لدى المزيج ما يكفي من الكائنات الحية لبناء كتلتين خرسانيتين جديدتين.
ثم صاغ الفريق هذا المزيج في زوج جديد من الكتل. من خلال الانقسام والذوبان والنمو ثلاث مرات ، صنعوا ثمانية أحجار أحجار الأحفاد من نسل الميكروبات الأصلية. نظرًا لأن البكتيريا المتنامية تساعد في إنتاج المادة ، يمكن تصنيع هذه الخرسانة في مكان استخدامها ، كما يشير سروبار.
يقول ماير:"إنه نهج رائع". "كل تقنياتهم سهلة للغاية." وتقول إن هذا يمكن أن يضع وسائل صنع مواد البناء في أيدي غير الخبراء.
لكن هذا النهج لن يضع حدًا للخرسانة العادية ، على الأقل حتى الآن. يقول ماير:"عليك توخي الحذر بشأن التلوث". عملت مجموعة سروبار في مختبر يسهل فيه تجنب التلوث. في العالم الحقيقي ، قد تدخل ميكروبات أخرى في هذا المزيج. وتقول إنه إذا نمت تلك الميكروبات أسرع من البكتيريا الزرقاء ، فيمكنها السيطرة عليها. قد تكون هذه الميكروبات الأخرى ضارة. أو قد يغيرون خصائص الخرسانة. على سبيل المثال ، قد لا تساعد في تخزين الكربون أو النمو للمساعدة في صنع مواد جديدة.
تحتاج هذه البكتيريا أيضًا إلى ظروف معينة للبقاء على قيد الحياة. لن يعيشوا جيدًا حيث يكون الجو جافًا. الرطوبة النسبية هي كمية بخار الماء في الهواء (مقارنة بالمقدار الذي يمكن أن يحمله). في رطوبة نسبية 100 في المائة ، نجت الكثير من بكتيريا الخرسانة لمدة شهر واحد. لكن قلل تلك الرطوبة إلى 33 في المائة وسيموتون "بشكل كبير بعد أسبوعين" ، كما يقول ماير.
إنها تشتبه في أن هذه الميكروبات لن تعمل بشكل جيد خلال فصول الشتاء المثلجة والباردة في بلدتها روتشستر ، نيويورك. قد تعمل مواد البناء هذه فقط في الأماكن الدافئة والرطبة طوال العام.
عندما تنبض المباني بالحياة
في الوقت الحالي ، هذه قيود كبيرة. لهذا السبب تشك سارة جلافين في أن "مواد البناء الحية لن تحل محل مواد البناء الحالية لدينا في أي وقت قريب". غلافين عالم أحياء في مختبر الأبحاث البحرية في واشنطن العاصمة ، ولم يشارك في هذه الدراسة.
ومع ذلك ، فهي متحمسة بشأن الدور الذي قد يلعبه علم الأحياء يومًا ما في هندسة مبانينا. يلاحظ غلافين أن "البكتيريا موجودة في كل مكان وفي كل شيء". "إذا جعلناهم سعداء ، فقد يساعدون في إصلاح موادنا أو إعادة استخدام تلك المواد." من خلال زراعة مواد كتل جديدة من الكتل القديمة التي تم صهرها ، أوضح الباحثون كيف يمكن إعادة تدوير الخرسانة الحية.
وتضيف أن الميكروبات قد تمنح المواد خواصًا لا يمكننا منحها بطرق أخرى. خذ الشفاء الذاتي ، على سبيل المثال. عندما نحصل على جرح ، ينمو جلدنا مرة أخرى. يقول غلافين:"إذا كانت لديك مواد على قيد الحياة ، فيمكنهم فعل الشيء نفسه".
يمكن أن تتفاعل المواد الحية أيضًا مع الناس بطرق جديدة. سروبار يتصور مواد بناء بها ميكروبات تنبعث منها رائحة. قد يعطرون الهواء عن طريق إطلاق جزيئات صغيرة تشم رائحتها مثل نفحة من الفراولة ، ربما. أو قد يكشفون ما إذا كان هناك الكثير من ثاني أكسيد الكربون في الهواء عن طريق تغيير اللون. يقترح أنهم قد يشاركون حتى رسائل سرية من خلال إعطاء ضوء ملون تحت مصدر ضوء معين.
يقول سروبار:"لقد اكتشفت الطبيعة الكثير من الأشياء الرائعة حقًا التي يمكننا استخدامها في حياتنا اليومية". "علينا فقط أن نولي المزيد من الاهتمام."
هذا هو واحد في أ سلسلة تقديم أخبار قيد التشغيل تقنية و أصبح الابتكار ممكنًا مع كرم دعم من ليملسون الأساس.
