Учені з Техаського університету A&M розробили новий тип самовідновлюваного бетону, який використовує штучні лишайники для автоматичного заповнення тріщин. Матеріал не потребує зовнішнього підживлення, що робить його першим повністю автономним рішенням у сфері «живих» будівельних матеріалів. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження.
Як утворюються тріщини в бетоні — і чому це критично
Бетон — основний матеріал у будівництві доріг, мостів, будівель, дамб. Але він має одну вразливу властивість: низьку міцність на розтяг, через що з часом на його поверхні з’являються мікротріщини. Вони можуть призвести до корозії арматури, проникнення вологи, утрати несучої здатності конструкції, а в найгірших випадках — до обвалів.
Прикладом таких наслідків стала трагедія у Генуї (Італія) 2018 року, коли через послаблення бетонних опор обвалився автомобільний міст, що спричинило десятки жертв. Уникнути подібних інцидентів могла б технологія, здатна герметизувати пошкодження на ранніх етапах — саме цим займаються сучасні дослідження у галузі біоматеріалів.
Еволюція «живого» бетону
Попередні спроби створити самовідновлюваний бетон зосереджувались на використанні бактерій, наприклад Bacillus subtilis. Такі бактерії продукували карбонат кальцію, який заповнював мікротріщини. Однак для їхнього функціонування необхідні зовнішні джерела живлення — органічні субстрати, які потрібно додавати вручну або інкапсулювати в бетоні.
Команда під керівництвом Конгруї Грейс Джін (Kongruy Grace Jin) з Техаського університету A&M запропонувала принципово новий підхід. Вони звернулися до природи — зокрема, до лишайників, які живуть у суворих умовах, наприклад, на скелях у пустелі або в Арктиці.
Як працює лишайниковий бетон
Лишайники — це симбіотична спільнота гриба та фотосинтетичного організму, здебільшого ціанобактерії. Ціанобактерія вловлює сонячне світло й виробляє поживні речовини, а гриб створює захисне середовище та допомагає захоплювати іони кальцію з довкілля. У результаті ці організми природним чином синтезують карбонат кальцію — речовину, що нагадує вапняк або мушлі молюсків.
Вчені інтегрували ці процеси у бетон: створений «штучний лишайник» непомітно розміщується у пористій структурі матеріалу. Коли з’являється тріщина, симбіоз активізується — гриб діє як «архітектор», а бактерія — як «енергостанція». У результаті тріщини поступово заповнюються карбонатом кальцію без потреби у людському втручанні.
Цей процес нагадує дію лікаря, який загоює «рани» матеріалу, використовуючи лише сонячне світло, повітря та воду з довкілля.
Що відрізняє лишайникову технологію від попередників
Рішення дослідницької групи є першим у світі повністю автономним підходом до самовідновлення бетону. Усі попередні біотехнології залежали від штучного підживлення, яке ускладнювало використання в польових умовах.
Переваги нового методу:
-
Автономність: мікроорганізми функціонують без додаткових речовин чи підживлення.
-
Стійкість: лишайники виживають у найекстремальніших середовищах.
-
Екологічність: замість хімічних герметиків використовується природний механізм.
У статті в журналі Materials Today Communications дослідники зазначають, що система ґрунтується на фототрофно-гетеротрофному симбіозі, який забезпечує стабільне виживання та активність у матеріалі.
Хоча лишайниковий бетон демонструє потенціал у лабораторних умовах, дослідники попереджають: технологію ще потрібно протестувати в реальних умовах. Основні питання — як довго працюватиме лишайник, чи не заважатиме йому дощ, мороз, забруднення повітря або механічне стирання.
Команда планує перевірити поведінку матеріалу у змодельованому зовнішньому середовищі, а також з’ясувати, чи здатен лишайниковий симбіоз заповнювати вже наявні тріщини глибиною понад кілька міліметрів.
Якщо всі етапи випробувань будуть успішними, технологія отримає перспективу застосування у ключовій інфраструктурі — мостах, тунелях, дамбах, аеропортах.
Раніше ми писали, що науковці створили бетон, що поглинає CO₂
