GLI SCIENZIATI CREANO IL CALCESTRUZZO VIVENTE

Autore del testo originale: Amos Zeeberg

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

"Il materiale di Frankenstein"

...brulicante di microbi fotosintetici e, alla fine, realizzato da essi. E può riprodursi.

Wil Srubar, a sinistra, ingegnere edile presso l'Università del Colorado a Boulder, e una studentessa di scienza e ingegneria dei materiali. Sarah Williams tiene in mano mattoni realizzati con materiali da costruzione ottenuti da cianobatteri e altri materiali.

Da secoli i costruttori realizzano il calcestruzzo più o meno nello stesso modo: mescolando materiali duri come la sabbia con vari leganti e sperando che rimanga resistente e rigido per lungo tempo.

Un team interdisciplinare di scienziati dell'Università del Colorado a Boulder ha ora creato un tipo di calcestruzzo completamente diverso: uno che è vivo e può persino riprodursi.

I minerali nel nuovo materiale non vengono depositati chimicamente, ma da cianobatteri, una classe comune di microbi che catturano energia attraverso la fotosintesi. Il processo fotosintetico assorbe anidride carbonica, a differenza della produzione del calcestruzzo convenzionale, che emette enormi quantità di gas serra.

I batteri fotosintetici conferiscono al calcestruzzo anche un'altra caratteristica insolita: un colore verde. "Sembra davvero il materiale di Frankenstein", ha dichiarato Wil Srubar, ingegnere edile e responsabile del progetto di ricerca. (Quando il materiale si asciuga, il colore verde svanisce.)

Altri scienziati hanno lavorato sull'integrazione della biologia nel calcestruzzo, in particolare su calcestruzzo capace di rimarginare autonomamente le proprie crepe. Secondo i suoi creatori, il principale vantaggio del nuovo materiale è che, invece di aggiungere batteri al calcestruzzo convenzionale – un ambiente inospitale – il loro processo è incentrato sui batteri: ottenerli per costruire il calcestruzzo e mantenerli in vita per un uso successivo.

Il nuovo calcestruzzo vivente

...descritto sulla rivista Matter, "rappresenta una nuova ed entusiasmante classe di materiali da costruzione a basse emissioni di carbonio, progettati su misura", ha affermato Andrea Hamilton, esperta di calcestruzzo presso la Strathclyde University in Scozia.

Nella costruzione del calcestruzzo vivente, gli scienziati hanno inizialmente cercato di inserire i cianobatteri in una miscela di acqua tiepida, sabbia e sostanze nutritive. I microbi assorbivano avidamente la luce e iniziavano a produrre carbonato di calcio, legando gradualmente le particelle di sabbia. Tuttavia, questo processo era lento – e Darpa, il braccio di ricerca speculativa del Dipartimento della Difesa e finanziatore del progetto, voleva che la costruzione procedesse molto rapidamente. Necessità, felice imprevisto e invenzione nata da esso.

Un arco realizzato con materiali da costruzione viventi nel laboratorio del dottor Srubar

Il dottor Srubar aveva precedentemente lavorato con la gelatina, un ingrediente alimentare che, sciolto in acqua e raffreddato, forma legami particolari tra le sue molecole. È importante sottolineare che può essere utilizzata a temperature moderate, delicate per i batteri. Egli propose di aggiungere gelatina per rafforzare la matrice formata dai cianobatteri, e il team ne fu incuriosito.

Gli scienziati hanno acquistato gelatina della marca Knox in un supermercato locale e l'hanno sciolta in una soluzione con i batteri. Quando hanno versato la miscela negli stampi e l'hanno raffreddata in frigorifero, la gelatina ha formato i suoi legami – "proprio come quando si prepara il Jell-O", ha spiegato il dottor Srubar. La gelatina ha fornito una struttura maggiore e ha lavorato insieme ai batteri, aiutando il calcestruzzo vivente a diventare più forte e a crescere più velocemente.

Nel giro di circa un giorno, la miscela ha formato blocchi di calcestruzzo nella forma di qualsiasi stampo utilizzato dal gruppo, inclusi cubi da cinque centimetri, blocchi delle dimensioni di una scarpa e pezzi di copertura con supporti e ritagli. I singoli cubi da cinque centimetri erano abbastanza resistenti da permettere a una persona di starci sopra in piedi, sebbene il materiale sia debole rispetto al calcestruzzo convenzionale. I blocchi delle dimensioni di una scatola da scarpe hanno mostrato potenziale per una costruzione reale.

Primi esperimenti

"Quando abbiamo creato per la prima volta una struttura di grandi dimensioni utilizzando questo sistema, non sapevamo se avrebbe funzionato; siamo passati da questa piccola dimensione a questo grande mattone", ha dichiarato Chelsea Heveran, ex ricercatrice post-dottorato del gruppo – ora ingegnere alla Montana State University – e autrice principale dello studio. "Lo abbiamo tolto dallo stampo e tenuto in mano – era bellissimo, di un verde brillante, e sul lato era scritta la parola 'Darpa'." (Lo stampo recava il nome del finanziatore del progetto.) "Era la prima volta che raggiungevamo la scala che avevamo immaginato, ed è stato davvero entusiasmante."

Quando il gruppo ha portato piccoli campioni a una regolare riunione di aggiornamento con i rappresentanti di Darpa, questi sono rimasti stupiti, ha raccontato il dottor Srubar: "Tutti ne volevano uno sulla propria scrivania."

Conservati in aria relativamente secca a temperatura ambiente, i blocchi raggiungono la loro massima resistenza nell'arco di alcuni giorni, e i batteri iniziano gradualmente a morire. Ma anche dopo diverse settimane, i blocchi sono ancora vivi; se nuovamente esposti a calore elevato e umidità, molte cellule batteriche si riattivano autonomamente.

Il gruppo può prendere un blocco, tagliarlo con una punta diamantata, riporre metà in una vasca tiepida con una quantità maggiore di materie prime, versare la miscela in uno stampo e ricominciare a produrre calcestruzzo. Ogni blocco potrebbe così generare tre nuove generazioni, ottenendo in tal modo otto discendenti.

Il Dipartimento della Difesa è interessato a sfruttare la capacità riproduttiva di questi "LBM" - materiali da costruzione viventi - per sostenere la costruzione in ambienti remoti o desolati. "Non si vuole guidare fino al deserto con un carico enorme di materiali", ha affermato il dottor Srubar.

Il vantaggio dei blocchi è

.. che sono realizzati con vari materiali comuni. La maggior parte del calcestruzzo richiede sabbia vergine proveniente da fiumi, laghi e oceani, che risulta insufficiente a livello mondiale, in particolare a causa dell'enorme domanda di calcestruzzo. Il nuovo materiale vivente non è così esigente. "Non siamo vincolati all'uso di un tipo specifico di sabbia", ha affermato il dottor Srubar. "Potremmo utilizzare materiali di scarto come vetro macinato o calcestruzzo riciclato."

Il team di ricerca sta lavorando per rendere il materiale più pratico, rafforzando il calcestruzzo; aumentando la resistenza dei batteri alla disidratazione; modificando la disposizione dei materiali affinché possano essere impacchettati piatti e assemblati facilmente come un pannello di cartongesso; e individuando un altro tipo di cianobatteri che non richieda l'aggiunta di gelatina.

Il dottor Srubar ha affermato che gli strumenti della biologia sintetica potrebbero ampliare notevolmente il campo delle possibilità: ad esempio, materiali da costruzione capaci di rilevare sostanze chimiche tossiche e reagire ad esse, oppure che si illuminano per rivelare danni strutturali. Il calcestruzzo vivente potrebbe essere utile in ambienti più ostili dei deserti più aridi; su altri pianeti, come Marte.

"Non esiste modo di trasportare materiali da costruzione nello spazio", ha affermato il dottor Srubar. "Portiamo la biologia con noi."