Ερευνητές του University of Colorado Boulder ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση ως προς τον σχεδιασμό πιο βιώσιμων κτιρίων, με τη συνδρομή κάποιων εκ των μικρότερων...«οικοδόμων» που μπορεί να φανταστεί κανείς.
Σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Matter ο μηχανικός Βιλ Σρουμπάρ και οι συνάδελφοί του περιγράφουν τη στρατηγική τους για τη χρήση βακτηρίων για την ανάπτυξη δομικών υλικών που ζουν και πολλαπλασιάζονται, ενώ παράλληλα θα αφήνουν και μικρότερο «αποτύπωμα» άνθρακα.
«Ήδη χρησιμοποιούμε βιολογικά υλικά στα κτίριά μας, όπως το ξύλο, αλλά αυτά τα υλικά δεν είναι πλέον ζωντανά» είπε ο Σρουμπάρ, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Πολιτικών, Περιβαλλοντικών και Αρχιτεκτονικών Μηχανικών (CEAE). «Ρωτάμε: Γιατί δεν μπορούμε να τα κρατήσουμε ζωντανά και να έχουμε αυτή τη βιολογία να κάνει επίσης κάτι επωφελές;».
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η δυνατότητα να κρατηθούν ζωντανά τα βακτήρια με υψηλό βαθμό επιτυχίας δείχνει ότι τα ζωντανά κτίρια ίσως να μη βρίσκονται τόσο μακριά στο μέλλον. Τέτοιου είδους κτίρια θα ήταν σε θέση να «θεραπεύουν» μόνα τους τις ρωγμές τους, να απορροφούν επικίνδυνες τοξίνες από το περιβάλλον ή ακόμα και να λάμπουν κατά παραγγελία.
«Αν και αυτή η τεχνολογία είναι ακόμα στην αρχή της, κοιτώντας προς τα εμπρός, τα ζωντανά δομικά υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται για να βελτιώνουν την αποδοτικότητα και βιωσιμότητα της παραγωγής δομικών υλικών και θα επέτρεπαν σε υλικά να αισθάνονται και να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους» είπε η Τσέλσι Χέβεραν, lead author της μελέτης και μεταδιδακτορική βοηθός έρευνας στο CU Boulder, η οποία πλέον βρίσκεται στο Montana State University.
Ο Σρουμπάρ και οι συνάδελφοί του πειραματίστηκαν με κυανοβακτήρια που ανήκαν στο γένος Synechococcus. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, αυτά τα πράσινα μικρόβια απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα για να αναπτυχθούν και παράγουν ανθρακικό ασβέστιο- βασικό συστατικό στον ασβεστόλιθο και στο τσιμέντο.
Για να αρχίσουν την κατασκευαστική διαδικασία, οι ερευνητές «εμβολίασαν» διαλύματα άμμου και ζελατίνης με αποικίες κυανοβακτηρίων. Με τις κατάλληλες παρεμβάσεις, το ανθρακικό ασβέστιο που παράγεται από τα μικρόβια ορυκτοποιεί τη ζελατίνη, η οποία «δένει» την άμμο- και προκύπτει ένα τούβλο.
«Είναι σαν να φτιάχνεις τραγανά γλυκά με ρύζι, όπου σκληραίνεις το marshmallow προσθέτοντας μικρά κομμάτια σκληρών σωματιδίων» είπε ο Σρουμπάρ. Επιπρόσθετα, τέτοιου είδους τούβλα αφαιρούν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα αντί να το απελευθερώνουν σε αυτόν- ενώ επίσης είναι ανθεκτικά: Στο πλαίσιο της νέας μελέτης διαπιστώθηκε πως, εντός ενός εύρους συνθηκών υγρασίας, έχουν περίπου την ίδια δύναμη/ αντοχή με το ασβεστοκονίαμα που χρησιμοποιείται σήμερα. «Μπορείς να πατήσεις πάνω του και δεν θα σπάσει» είπε σχετικά.
Πέρα από αυτά, οι επιστήμονες ανακάλυψαν πως είναι δυνατή και η αναπαραγωγή των υλικών: Εάν ένα από αυτά τα τούβλα κοπεί στα δύο, το κάθε μισό είναι ικανό να αναπτυχθεί σε ένα νέο τούβλο. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των ερευνητών, περίπου το 9%-14% των αποικιών βακτηρίων στα υλικά τους ήταν ακόμα ζωντανά μετά από 30 ημέρες και τρεις διαφορετικές γενιές σε μορφή τούβλου.
Όπως σημειώνει ο Σρουμπάρ, είναι γνωστό πως τα βακτήρια αναπαράγονται με ταχύτατους ρυθμούς. «Αυτό είναι διαφορετικό από το πώς, για παράδειγμα, φτιάχνουμε μέσω 3D εκτύπωσης ένα κομμάτι ή παράγουμε ένα τούβλο. Αν μπορούμε να καλλιεργούμε τα υλικά μας βιολογικά, τότε μπορούμε να κατασκευάζουμε σε εκθετική κλίμακα».
Ο ίδιος πάντως τονίζει πως είναι ακόμα μακρύς ο δρόμος μέχρι όλα αυτά να γίνουν πραγματικότητα: Τα κυανοβακτήρια της ομάδας, για παράδειγμα, χρειάζονται συνθήκες υγρασίας για να επιβιώνουν- κάτι που δεν είναι δυνατόν στις πιο άνυδρες περιοχές του κόσμου. Οπότε ο ίδιος και η ομάδα του αναπτύσσουν μικρόβια τα οποία είναι πιο ανθεκτικά στην ξηρασία, ώστε να παραμένουν ζωντανά και λειτουργικά. Ωστόσο, οι δυνατότητες είναι τεράστιες: Ο Σρουμπάρ οραματίζεται ένα μέλλον όπου οι προμηθευτές θα στέλνουν ταχυδρομικά σάκους με τα αφυδατωμένα συστατικά για την παραγωγή ζωντανών δομικών δομικών συστατικών- απλά θα χρειάζεται νερό και θα είναι δυνατή η καλλιέργεια και η διαμόρφωση «μικροβιακών» σπιτιών.
«Η φύση έχει βρει πώς να κάνει πολλά πράγματα με έξυπνο και αποδοτικό τρόπο» είπε ο Σρουμπάρ. «Απλά πρέπει να δίνουμε μεγαλύτερη προσοχή».
Σε μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Matter ο μηχανικός Βιλ Σρουμπάρ και οι συνάδελφοί του περιγράφουν τη στρατηγική τους για τη χρήση βακτηρίων για την ανάπτυξη δομικών υλικών που ζουν και πολλαπλασιάζονται, ενώ παράλληλα θα αφήνουν και μικρότερο «αποτύπωμα» άνθρακα.
«Ήδη χρησιμοποιούμε βιολογικά υλικά στα κτίριά μας, όπως το ξύλο, αλλά αυτά τα υλικά δεν είναι πλέον ζωντανά» είπε ο Σρουμπάρ, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Πολιτικών, Περιβαλλοντικών και Αρχιτεκτονικών Μηχανικών (CEAE). «Ρωτάμε: Γιατί δεν μπορούμε να τα κρατήσουμε ζωντανά και να έχουμε αυτή τη βιολογία να κάνει επίσης κάτι επωφελές;».
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η δυνατότητα να κρατηθούν ζωντανά τα βακτήρια με υψηλό βαθμό επιτυχίας δείχνει ότι τα ζωντανά κτίρια ίσως να μη βρίσκονται τόσο μακριά στο μέλλον. Τέτοιου είδους κτίρια θα ήταν σε θέση να «θεραπεύουν» μόνα τους τις ρωγμές τους, να απορροφούν επικίνδυνες τοξίνες από το περιβάλλον ή ακόμα και να λάμπουν κατά παραγγελία.
«Αν και αυτή η τεχνολογία είναι ακόμα στην αρχή της, κοιτώντας προς τα εμπρός, τα ζωντανά δομικά υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται για να βελτιώνουν την αποδοτικότητα και βιωσιμότητα της παραγωγής δομικών υλικών και θα επέτρεπαν σε υλικά να αισθάνονται και να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους» είπε η Τσέλσι Χέβεραν, lead author της μελέτης και μεταδιδακτορική βοηθός έρευνας στο CU Boulder, η οποία πλέον βρίσκεται στο Montana State University.
Ο Σρουμπάρ και οι συνάδελφοί του πειραματίστηκαν με κυανοβακτήρια που ανήκαν στο γένος Synechococcus. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, αυτά τα πράσινα μικρόβια απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα για να αναπτυχθούν και παράγουν ανθρακικό ασβέστιο- βασικό συστατικό στον ασβεστόλιθο και στο τσιμέντο.
Για να αρχίσουν την κατασκευαστική διαδικασία, οι ερευνητές «εμβολίασαν» διαλύματα άμμου και ζελατίνης με αποικίες κυανοβακτηρίων. Με τις κατάλληλες παρεμβάσεις, το ανθρακικό ασβέστιο που παράγεται από τα μικρόβια ορυκτοποιεί τη ζελατίνη, η οποία «δένει» την άμμο- και προκύπτει ένα τούβλο.
«Είναι σαν να φτιάχνεις τραγανά γλυκά με ρύζι, όπου σκληραίνεις το marshmallow προσθέτοντας μικρά κομμάτια σκληρών σωματιδίων» είπε ο Σρουμπάρ. Επιπρόσθετα, τέτοιου είδους τούβλα αφαιρούν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα αντί να το απελευθερώνουν σε αυτόν- ενώ επίσης είναι ανθεκτικά: Στο πλαίσιο της νέας μελέτης διαπιστώθηκε πως, εντός ενός εύρους συνθηκών υγρασίας, έχουν περίπου την ίδια δύναμη/ αντοχή με το ασβεστοκονίαμα που χρησιμοποιείται σήμερα. «Μπορείς να πατήσεις πάνω του και δεν θα σπάσει» είπε σχετικά.
Πέρα από αυτά, οι επιστήμονες ανακάλυψαν πως είναι δυνατή και η αναπαραγωγή των υλικών: Εάν ένα από αυτά τα τούβλα κοπεί στα δύο, το κάθε μισό είναι ικανό να αναπτυχθεί σε ένα νέο τούβλο. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των ερευνητών, περίπου το 9%-14% των αποικιών βακτηρίων στα υλικά τους ήταν ακόμα ζωντανά μετά από 30 ημέρες και τρεις διαφορετικές γενιές σε μορφή τούβλου.
Όπως σημειώνει ο Σρουμπάρ, είναι γνωστό πως τα βακτήρια αναπαράγονται με ταχύτατους ρυθμούς. «Αυτό είναι διαφορετικό από το πώς, για παράδειγμα, φτιάχνουμε μέσω 3D εκτύπωσης ένα κομμάτι ή παράγουμε ένα τούβλο. Αν μπορούμε να καλλιεργούμε τα υλικά μας βιολογικά, τότε μπορούμε να κατασκευάζουμε σε εκθετική κλίμακα».
Ο ίδιος πάντως τονίζει πως είναι ακόμα μακρύς ο δρόμος μέχρι όλα αυτά να γίνουν πραγματικότητα: Τα κυανοβακτήρια της ομάδας, για παράδειγμα, χρειάζονται συνθήκες υγρασίας για να επιβιώνουν- κάτι που δεν είναι δυνατόν στις πιο άνυδρες περιοχές του κόσμου. Οπότε ο ίδιος και η ομάδα του αναπτύσσουν μικρόβια τα οποία είναι πιο ανθεκτικά στην ξηρασία, ώστε να παραμένουν ζωντανά και λειτουργικά. Ωστόσο, οι δυνατότητες είναι τεράστιες: Ο Σρουμπάρ οραματίζεται ένα μέλλον όπου οι προμηθευτές θα στέλνουν ταχυδρομικά σάκους με τα αφυδατωμένα συστατικά για την παραγωγή ζωντανών δομικών δομικών συστατικών- απλά θα χρειάζεται νερό και θα είναι δυνατή η καλλιέργεια και η διαμόρφωση «μικροβιακών» σπιτιών.
«Η φύση έχει βρει πώς να κάνει πολλά πράγματα με έξυπνο και αποδοτικό τρόπο» είπε ο Σρουμπάρ. «Απλά πρέπει να δίνουμε μεγαλύτερη προσοχή».
