VEDCI VYTVORILI ŽIVÝ BETÓN

Autor pôvodného textu: Amos Zeeberg

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

„Frankensteinov materiál“

...hemžiaci sa fotosyntetickými mikróbmi a nakoniec z nich aj vyrobený. A dokáže sa rozmnožovať.

Wil Srubar, vľavo, stavebný inžinier na Univerzite Colorado v Boulderi, a študentka odboru materiálového inžinierstva. Sarah Williams drží tehly vyrobené zo stavebných materiálov zložených zo sinic a ďalších materiálov.

Stavitelia už stáročia vyrábajú betón približne rovnakým spôsobom: miešajú tvrdé materiály, ako je piesok, s rôznymi spojivami a dúfajú, že zostane pevný a tuhý po dlhý čas.

Interdisciplinárny tím vedcov z Univerzity Colorado v Boulderi teraz vytvoril úplne iný druh betónu – taký, ktorý je živý a dokáže sa dokonca aj rozmnožovať.

Minerály v novom materiáli sa neukladajú chemickou cestou, ale prostredníctvom sinic, bežnej skupiny mikróbov, ktoré získavajú energiu fotosyntézou. Fotosyntetický proces pohlcuje oxid uhličitý, na rozdiel od výroby bežného betónu, ktorá uvoľňuje obrovské množstvá skleníkových plynov.

Fotosyntetické baktérie dodávajú betónu aj ďalšiu nezvyčajnú vlastnosť: zelenú farbu. „Naozaj to vyzerá ako Frankensteinov materiál,“ povedal Wil Srubar, stavebný inžinier a vedúci výskumného projektu. (Keď materiál vyschne, zelená farba vybledne.)

Iní vedci sa už zaoberali začlenením biológie do betónu, najmä betónu, ktorý dokáže sám zaceliť svoje trhliny. Podľa tvorcov je hlavnou výhodou nového materiálu to, že namiesto pridávania baktérií do bežného betónu – neprívetivého prostredia – je ich postup zameraný priamo na baktérie: dosiahnuť, aby vytvárali betón, a udržať ich pri živote na neskoršie použitie.

Nový, živý betón

...opísaný v časopise Matter, „predstavuje novú a vzrušujúcu triedu nízkouhlíkových, dizajnovaných stavebných materiálov,“ povedala Andrea Hamiltonová, odborníčka na betón na Strathclyde University v Škótsku.

Pri tvorbe živého betónu sa vedci najprv pokúsili vložiť sinice do zmesi teplej vody, piesku a živín. Mikróby ochotne pohlcovali svetlo a začali produkovať uhličitan vápenatý, ktorý postupne spájal zrnká piesku. Tento proces však bol pomalý – a Darpa, špekulatívna výskumná zložka Ministerstva obrany a darca projektu, chcela, aby výstavba prebiehala veľmi rýchlo. Nutnosť, šťastná náhoda a zrodený vynález.

Oblúk vyrobený zo živých stavebných materiálov v laboratóriu Dr. Srubara

Dr. Srubar predtým pracoval so želatínou, potravinárskou zložkou, ktorá po rozpustení vo vode a schladení vytvára medzi svojimi molekulami osobité väzby. Dôležité je, že sa dá použiť pri miernych teplotách šetrných k baktériám. Navrhol pridať želatínu na spevnenie matrice tvorenej siniciami, čo tím zaujalo.

Vedci si v miestnom supermarkete kúpili želatínu značky Knox a rozpustili ju v roztoku s baktériami. Keď zmes naliali do foriem a schladili v chladničke, želatína vytvorila svoje väzby – „úplne rovnako, ako keď robíte Jell-O,“ povedal Dr. Srubar. Želatína poskytla väčšiu štruktúru a spolupracovala s baktériami, čím pomohla živému betónu rásť silnejšie a rýchlejšie.

Približne za deň zmes vytvorila betónové bloky v tvare akejkoľvek formy, ktorú tím použil, vrátane dvojpalcových kociek, blokov veľkosti topánky a kusov strešnej krytiny s výstuhami a výrezmi. Jednotlivé dvojpalcové kocky boli dostatočne pevné na to, aby na nich mohol stáť človek, hoci materiál je v porovnaní s bežným betónom slabší. Bloky veľkosti krabice na topánky preukázali potenciál pre skutočnú výstavbu.

Prvé experimenty

„Keď sme prvýkrát vytvorili veľkú konštrukciu pomocou tohto systému, nevedeli sme, či to bude fungovať; zväčšili sme ju z tejto malej veľkosti na túto veľkú tehlu,“ povedala Chelsea Heveranová, bývalá postdoktorandka v tíme – dnes inžinierka na Montana State University – a hlavná autorka štúdie. „Vytiahli sme ju z formy a držali sme ju v rukách – bola nádherná, jasne zelená, a na boku bolo napísané slovo ‚Darpa‘.“ (Forma niesla názov darcu projektu.) „Bolo to prvýkrát, čo sme dosiahli mierku, akú sme si predstavovali, a bolo to naozaj vzrušujúce.“

Keď tím priniesol malé vzorky na pravidelné stretnutie so zástupcami Darpy, boli ohromení, povedal Dr. Srubar: „Každý si chcel jednu položiť na svoj stôl.“

Pri skladovaní v relatívne suchom vzduchu pri izbovej teplote dosahujú bloky svoju maximálnu pevnosť v priebehu dní a baktérie postupne začínajú odumierať. No aj po niekoľkých týždňoch sú bloky stále živé; keď sú znova vystavené vysokému teplu a vlhkosti, mnohé bakteriálne bunky sa samy obnovia.

Tím môže vziať jeden blok, rozrezať ho diamantovým hrotom, jednu polovicu vložiť späť do teplej nádrže s väčším množstvom surovín, naliať ju do formy a znova začať vytvárať betón. Každý blok tak môže priniesť tri nové generácie, čím sa získa osem potomkov.

Ministerstvo obrany má záujem využiť reprodukčnú schopnosť týchto „LBM“ – živých stavebných materiálov – na podporu výstavby v odľahlých alebo neúrodných prostrediach. „Nechcete predsa viezť do púšte veľké množstvo materiálu,“ povedal Dr. Srubar.

Výhodou blokov je

...že sú vyrobené z rôznych bežne dostupných materiálov. Väčšina betónu vyžaduje panenský piesok z riek, jazier a oceánov, ktorého je na celom svete nedostatok, najmä pre obrovský dopyt po betóne. Nový živý materiál nie je taký vyberavý. „Nie sme viazaní na použitie konkrétneho druhu piesku,“ povedal Dr. Srubar. „Mohli by sme použiť aj odpadové materiály, ako je mleté sklo alebo recyklovaný betón.“

Výskumný tím pracuje na tom, aby bol materiál praktickejší – posilňuje betón, zvyšuje odolnosť baktérií voči vysychaniu, mení usporiadanie materiálov tak, aby sa dali skladovať naplocho a jednoducho zostaviť ako sadrokartónová doska, a hľadá ďalší druh sinic, ktoré nevyžadujú pridanie želatíny.

Dr. Srubar uviedol, že nástroje syntetickej biológie by mohli dramaticky rozšíriť oblasť možností: napríklad stavebné materiály, ktoré dokážu odhaliť toxické chemikálie a reagovať na ne, alebo ktoré sa rozsvietia, aby odhalili štrukturálne poškodenie. Živý betón by mohol pomôcť v prostrediach drsnejších než najsuchšie púšte; na iných planétach, ako je Mars.

„Neexistuje spôsob, ako prepraviť stavebné materiály do vesmíru,“ povedal Dr. Srubar. „Berieme si so sebou biológiu.“