VĚDCI VYTVOŘILI ŽIVÝ BETON

Autor původního textu: Amos Zeeberg

Zdroj: https://www.nytimes.com/2020/01/15/science/construction-concrete-bacteria-photosynthesis.html?fbclid=IwAR0m7LZK76O_mhR4VKSNcXm2SIb4A4L9Y4vZWs8CDLWbhBEoAyx0o85V48I

„Frankensteinův materiál“

...hemžící se fotosyntetickými mikroby a nakonec z nich i vytvořený. A dokáže se rozmnožovat.

Wil Srubar, vlevo, stavební inženýr z University of Colorado v Boulderu, a studentka materiálového inženýrství. Sarah Williams drží cihly vyrobené ze stavebních materiálů obsahujících sinice a další látky.

Po staletí stavitelé vyrábějí beton víceméně stejným způsobem: mísí tvrdé materiály, jako je písek, s různými pojivy a doufají, že si zachová pevnost a tuhost po dlouhou dobu.

Mezioborový tým vědců z University of Colorado v Boulderu nyní vytvořil zcela odlišný druh betonu – takový, který je živý a dokonce se dokáže rozmnožovat.

Minerály v novém materiálu nejsou ukládány chemickou cestou, ale sinicemi, běžnou skupinou mikrobů, které získávají energii fotosyntézou. Fotosyntetický proces pohlcuje oxid uhličitý, na rozdíl od výroby konvenčního betonu, která uvolňuje obrovské množství skleníkových plynů.

Fotosyntetické bakterie dodávají betonu i další neobvyklou vlastnost: zelenou barvu. „Opravdu to vypadá jako Frankensteinův materiál,“ řekl Wil Srubar, stavební inženýr a vedoucí výzkumného projektu. (Když materiál vyschne, zelená barva vybledne.)

Na začlenění biologie do betonu pracovali i jiní vědci, zejména na betonu, který dokáže sám hojit své trhliny. Podle tvůrců je hlavní výhodou nového materiálu to, že namísto přidávání bakterií do konvenčního betonu – prostředí pro ně nehostinného – je jejich postup zaměřen na bakterie samotné: na to, aby beton vytvářely a zůstaly přitom naživu pro pozdější využití.

Nový, živý beton

...popsaný v časopise Matter, „představuje novou a vzrušující třídu nízkouhlíkových, cíleně navržených stavebních materiálů,“ řekla Andrea Hamilton, odbornice na beton z univerzity ve Strathclyde ve Skotsku.

Při vytváření živého betonu se vědci nejprve pokusili vpravit sinice do směsi teplé vody, písku a živin. Mikroby ochotně pohlcovaly světlo a začaly produkovat uhličitan vápenatý, který postupně spojoval zrnka písku. Tento proces byl však pomalý – a Darpa, výzkumné oddělení ministerstva obrany zabývající se experimentálním výzkumem a dárce projektu, chtěla, aby výstavba postupovala velmi rychle. Nutnost, šťastná náhoda a zrozený vynález.

Oblouk vyrobený z živých stavebních materiálů v laboratoři dr. Srubara

Dr. Srubar dříve pracoval se želatinou, potravinářskou ingrediencí, která po rozpuštění ve vodě a zchlazení vytváří mezi svými molekulami zvláštní vazby. Důležité je, že ji lze použít při mírných teplotách, šetrných k bakteriím. Navrhl přidat želatinu pro zpevnění matrice tvořené sinicemi a tým tento nápad zaujal.

Vědci zakoupili želatinu značky Knox v místním supermarketu a rozpustili ji v roztoku s bakteriemi. Když směs nalili do forem a nechali vychladit v lednici, želatina vytvořila své vazby – „přesně jako když děláte Jell-O,“ řekl dr. Srubar. Želatina poskytla větší strukturu a spolupracovala s bakteriemi, čímž pomohla, aby živý beton rostl silněji a rychleji.

Během zhruba jednoho dne směs vytvořila betonové bloky ve tvaru libovolné formy, kterou skupina použila, včetně krychlí o hraně dva palce, bloků velikosti boty a částí střešní krytiny s výztuhami a výřezy. Jednotlivé dvoupalcové krychle byly dostatečně pevné, aby na nich člověk mohl stát, i když je materiál ve srovnání s konvenčním betonem slabší. Bloky velikosti krabice od bot ukázaly potenciál pro skutečnou výstavbu.

Počáteční experimenty

„Když jsme poprvé vytvořili velkou konstrukci pomocí tohoto systému, nevěděli jsme, jestli bude fungovat; postupovali jsme od malé velikosti až po tuto velkou cihlu,“ řekla Chelsea Heveranová, bývalá postdoktorandka v této skupině – nyní inženýrka na Montana State University – a hlavní autorka studie. „Vytáhli jsme ji z formy a drželi ji – byla krásná, jasně zelená, a na boku bylo napsáno slovo ‚Darpa‘.“ (Forma nesla jméno dárce projektu.) „Poprvé jsme dosáhli velikosti, kterou jsme si představovali, a bylo to opravdu vzrušující.“

Když skupina přinesla malé vzorky na pravidelnou kontrolní schůzku se zástupci Darpy, byli ohromeni, řekl dr. Srubar: „Každý si ho chtěl dát na stůl.“

Uchovávány v relativně suchém vzduchu při pokojové teplotě dosahují bloky během několika dní své maximální pevnosti a bakterie postupně začínají odumírat. Ale i po několika týdnech jsou bloky stále živé; při opětovném vystavení vysoké teplotě a vlhkosti se mnoho bakteriálních buněk samo obnoví.

Skupina může vzít jeden blok, rozříznout ho diamantovým hrotem, jednu polovinu vložit zpět do teplé lázně s větším množstvím surovin, nalít ji do formy a začít znovu vyrábět beton. Každý blok by tak mohl přinést tři nové generace, čímž by vzniklo osm potomků.

Ministerstvo obrany má zájem využít reprodukční schopnost těchto „LBM“ – živých stavebních materiálů – k podpoře výstavby ve vzdálených nebo neúrodných prostředích. „Nechcete jet do pouště s velkým množstvím materiálu,“ řekl dr. Srubar.

Výhoda bloků spočívá v tom

...že jsou vyrobeny z různých běžných materiálů. Většina betonu vyžaduje panenský písek z řek, jezer a oceánů, kterého je celosvětově nedostatek, zejména kvůli obrovské poptávce po betonu. Nový živý materiál není tak vybíravý. „Nejsme vázáni na použití konkrétního druhu písku,“ řekl dr. Srubar. „Mohli bychom použít odpadní materiály, jako je drcené sklo nebo recyklovaný beton.“

Výzkumný tým pracuje na tom, aby byl materiál praktičtější: zpevňuje beton, zvyšuje odolnost bakterií vůči dehydrataci, mění uspořádání materiálů tak, aby je bylo možné balit naplocho a snadno je sestavovat jako desky ze sádrokartonu, a hledá jiný druh sinic, které nevyžadují přidání gelu.

Dr. Srubar uvedl, že nástroje syntetické biologie by mohly dramaticky rozšířit oblast možností: například stavební materiály, které dokážou detekovat toxické chemické látky a reagovat na ně, nebo které se rozsvítí, aby odhalily poškození konstrukce. Živý beton by mohl pomoci v prostředích drsnějších než nejsušší pouště; na jiných planetách, jako je Mars.

„Neexistuje způsob, jak dopravit stavební materiály do vesmíru,“ řekl dr. Srubar. „Bereme si s sebou biologii.“