211service.com
Jak grzyby mogą naprawić naszą rozpadającą się infrastrukturę
Stany Zjednoczone mają jedną z najbardziej zaawansowanych gospodarek na świecie. A jednak betonowa infrastruktura, która go wspiera — drogi, mosty, chodniki itd. — powoli się rozpada. Pogorszenie to wymaga skomplikowanych napraw, powoduje duże opóźnienia, aw najcięższych przypadkach może prowadzić do awarii konstrukcji.
To także coraz droższy problem. Małe pęknięcia, które nie zostały naprawione, przeradzają się w większe, odsłaniając metalowe konstrukcje zbrojenia, a ich uszkodzenie może być kosztowne i skomplikowane. Według Amerykańskiego Stowarzyszenia Inżynierów Budownictwa, problem ten będzie kosztował amerykańską gospodarkę prawie 4 biliony dolarów utraconych do 2025 r., jeśli nie zostanie rozwiązany.
Oczywiście pilnie potrzebny jest lepszy i tańszy sposób naprawy betonu.
Ning Zhang z Rutgers University w New Jersey, Congrui Jin z Binghamton University i kilku kumpli, którzy twierdzą, że odkryli tajny składnik, który pewnego dnia może utrzymać naród w ruchu, automatycznie naprawiając kruszący się beton. Ten nowy składnik? Grzyby.
Najpierw trochę tła. Naukowcy zajmujący się materiałami od dawna mieli nadzieję na znalezienie tajnego sosu, który pomaga w naprawie betonu. Jednym z pomysłów jest wypełnienie betonu włóknami polimerowymi zawierającymi żywicę, która wycieka w celu wypełnienia pęknięć.
Przez jakiś czas wyglądało to obiecująco, ale okazuje się, że beton i żywica mają różne właściwości rozszerzalności cieplnej, między innymi, co może czasami pogorszyć pęknięcia.
Lepszym wypełniaczem pęknięć jest węglan wapnia, ponieważ dobrze wiąże się z betonem i ma podobne właściwości strukturalne. Różne bakterie produkują tego rodzaju minerały, ale także uwalniają inne produkty uboczne, w tym duże ilości produktów azotowych, takich jak amoniak. A to może uszkodzić drogi i środowisko.
Dlatego naukowcy zajmujący się materiałami potrzebują innej opcji, a dziś Zhang i spółka twierdzą, że znaleźli ją w postaci grzyba zwanego Trichoderma reesei. Może kiełkować w różnych warunkach, tworząc włóknisty grzyb, który sprzyja tworzeniu się węglanu wapnia.
Ich pomysł polega na tym, że zarodniki grzybów są dodawane do betonu, gdy jest mieszany, a następnie pozostają uśpione, aż beton pęknie. Woda wpływająca do pęknięć powoduje kiełkowanie zarodników, wypełniając pęknięcia włóknami grzybów, które powodują tworzenie się węglanu wapnia, który ostatecznie wypełnia pustkę.
Taka jest teoria, ale kluczowe pytanie brzmi, czy sprawdzi się w praktyce. Więc Zhang i spółka postanowili się dowiedzieć.
Zespół wylał beton na szalki Petriego i pozwolił mu zastygnąć. Następnie wylali pożywkę wzrostową na każdą płytkę i dodali różne rodzaje grzybów. Czekali, aby zobaczyć, który z grzybów będzie rósł w silnie zasadowych warunkach, które sprzyja betonowi.
Wyniki były odkrywcze. Tylko ze wszystkich testowanych grzybów Trichoderma reesei rozkwitał nawet wtedy, gdy pH wzrosło do 13. Następnie Zhang i spółka zbadali jego włóknistą strukturę pod mikroskopem i wykorzystali dyfrakcję rentgenowską do analizy pozostawionych osadów. Dane zdecydowanie sugerowały, że T. reesei twierdzą, że strzępki mogą sprzyjać strącaniu węglanu wapnia.
Obrazy z mikroskopu elektronowego wyraźnie pokazują zmineralizowane struktury pozostawione przez włókna.
Oczywiście nic z tego nie dowodzi, że Trichoderma reesei zarodniki mogą przetrwać, jeśli zostaną dodane do betonu podczas mieszania. Rzeczywiście, na pierwszy rzut oka wydaje się to mało prawdopodobne. Zarodniki musiałyby siedzieć w porach w betonie.
Zhang i współpracownicy zmierzyli pory w wykonanym przez siebie betonie i odkryli, że mają one średnio około jednego mikrometra średnicy. Ale Trichoderma reesei zarodniki są większe – mają około czterech mikrometrów średnicy. To sugeruje, że zostałyby zmiażdżone jak beton.
Zhang i spółka twierdzą, że problem można rozwiązać dodając do mieszanki pęcherzyki powietrza, ale należy to dokładniej zbadać.
To ciekawa praca ze znaczącym plusem. Jeśli Trichoderma reesei okaże się magicznym grzybem, który może naprawić rozpadającą się infrastrukturę USA, będzie to wielkim dobrodziejstwem. Jest też przyjazny dla środowiska — grzyb jest łagodny dla ludzi, a proces tworzenia węglanu wapnia wiąże węgiel z atmosfery. Usuwa więc dwutlenek węgla, ważny gaz cieplarniany.
Oczywiście czeka nas wiele pracy, aby ustalić, czy zarodniki przetrwają w betonie. Jednak wczesne wyniki dostarczają powodów do bardziej szczegółowych badań.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1708.01337 : Badanie przesiewowe grzybów do samoleczenia pęknięć w betonie