新型活性混凝土有自愈功能,還能持續生長

2020-02-04     蝌蚪五線譜
難道以後能自我修復建築了?

現代城市是建立在混凝土之上的,但我們付出了可怕的代價。混凝土的生產不僅釋放出了大約5%的溫室氣體,一旦混凝土失效(混凝土結構建築的有效期一般為50年~70年),其後果可能是毀滅性的。而現在有一種由沙子和細菌製成的新型活性混凝土,只需要你給它提供營養並保持濕度,就可以持續生長。

就像珊瑚礁和貝殼,生物體構建碳酸鈣結構已經持續了數百萬年。這種能力甚至被人類借用來在混凝土裂縫危及整個結構之前為其添加填充物。來自科羅拉多大學博爾德分校的Wil Srubar博士有更遠大的想法。

現有活性混凝土中的細菌活不了多久,因此無法大量繁殖。當Srubar博士搜索了關於活性建築材料的科學文獻時,他發現只有0.1%到0.4%的微生物能存活一個月。不同的鈣化細菌的功效可能不同,但普通的混凝土是鹼性環境,試圖修補其孔洞對於本來應該負責修補的有機體來說,反而是致命的。

Srubar博士從零開始,用的材料是藍細菌聚球藻屬、沙子以及由明膠和營養成分製成的水凝膠。藍藻利用光合作用將營養物質合成碳酸鈣,碳酸鈣則與沙子結合形成混凝土。明膠提供了腳手架的作用,而細菌則負責從大氣中去除二氧化碳,兩者共同作用使材料得以凝固。

與之前不到1%的存活率不同,在Srubar的實驗中,這些細菌30天的生存率為9%~14%。當Srubar博士將一塊活性混凝土磚劈成兩半並添加額外的沙子、明膠和營養物質時,存活的細菌便「殖民」了這塊新材料。經過了三代細菌,這一塊磚變成了八塊。Srubar博士在一份聲明中稱:「這正是我們試圖創造的——一種有生命力的東西。

由細菌形成的混凝土製造、回收活建築材料的過程

圖自Heveran et al./Matter

這項研究仍然存在一些挑戰。其中之一,是細菌需要相當潮濕的條件才能不斷生長,但活性混凝土作為建築材料,又必須處於乾燥的狀態,才能獲得最大的強度。在實驗室中保持適當的平衡是一回事——但在建築工地上,這又是另一回事。此外,明膠是由動物膠原蛋白產生的。肉類行業的廢棄物為當前的需求提供了充足的供應,但在城市建設中則又是一個問題。純素明膠替代品能否發揮作用還有待觀察。

論文承認,活性建築材料「無意廣泛取代水泥材料」,但它們仍可能具備許多用途,尤其是它們有修復受損部位的能力。細菌可以原地繁殖,這樣就節省了很多交通運輸費用,在交通不便的地區具有很大的優勢,甚至是未來需要在火星上造房子的某一天。


蝌蚪五線譜編譯自iflscience,譯者李彤馨,轉載須授權

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