Ζωντανό "μπετόν" από βακτήρια και άμμο κλείνει τις ρωγμές του και…γεννάει νέα τούβλα

Το τσιμέντο και το σκυρόδεμα (μπετόν) δεν έχουν αλλάξει πολύ τα τελευταία 100 χρόνια, αλλά τώρα ερευνητές στις ΗΠΑ ανέπτυξαν ένα επαναστατικό υλικό, που στην κυριολεξία ζωντανεύει το μπετόν.

Η νέα μέθοδος συνδυάζει άμμο και φωτοσυνθετικά βακτήρια για να φτιάξει ένα ζωντανό υλικό που παίρνει διάφορα σχήματα, ενώ έχει τόσο δομική αντοχή όσο και βιολογική λειτουργία. Επίσης είναι πιο φιλικό στο περιβάλλον και μελλοντικά θα μπορούσε να μειώσει το σημερινό μεγάλο περιβαλλοντικό «αποτύπωμα» της ενεργοβόρας κατασκευαστικής βιομηχανίας.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Γουίλ Σρούμπαρ, επικεφαλής του Εργαστηρίου Ζωντανών Υλικών του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Matter" (Ύλη), δημιούργησαν μια «σκαλωσιά» από άμμο και υδρογέλη, μέσα στην οποία οι μικροοργανισμοί (Synechococcus) μπορούν να αναπτυχθούν.

Η υδρογέλη συγκρατεί την υγρασία και τις θρεπτικές ουσίες, που επιτρέπουν στα βακτήρια να πολλαπλασιαστούν και -αφού απορροφήσουν αέριο διοξείδιο του άνθρακα- να ορυκτοποιηθούν, μια διαδικασία παρόμοια με αυτή που οδηγεί στο σχηματισμό των οστράκων στη θάλασσα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα ζωντανό υλικό που φιλοδοξεί να ανταγωνιστεί τα οικοδομικά υλικά με βάση το τσιμέντο. Αν και οι ερευνητές ονόμασαν το υλικό τους «ζωντανό μπετόν», στην πραγματικότητα μοιάζει περισσότερο από άποψη αντοχής με «ζωντανός σοβάς», ενώ και τα τούβλα από το νέο υλικό δεν είναι ακόμη τόσο γερά όσο τα συμβατικά τούβλα.

«Χρησιμοποιήσαμε φωτοσυνθετικά κυανοβακτήρια για να βιο-ορυκτοποιήσουμε το ικρίωμα, ώστε αυτό είναι πράσινο. Το υλικό μένει ζωντανό και έχει κάτι από Φρανκενστάιν. Ήδη χρησιμοποιούμε βιολογικά υλικά στα κτίρια μας, όπως το ξύλο, μόνο που αυτά τα υλικά δεν είναι πια ζωντανά. Γιατί να μη τα κρατούμε στη ζωή;», δήλωσε ο Σρούμπαρ

Περίπου το 9% έως 14% των βακτηριακών αποικιών μέσα στο νέο υλικό παραμένουν ζωντανές μετά από 30 μέρες. Μάλιστα το νέο υλικό όχι μόνο είναι ζωντανό, αλλά επίσης αναπαράγεται, άρα θα μπορούσε να αποκαταστήσει μόνο του τις ρωγμές. Ακόμη κι αν κόψει κανείς ένα τούβλο του νέου υλικού στη μέση, τα βακτήρια μπορούν να δημιουργήσουν δύο νέα ολόκληρα τούβλα με τη βοήθεια λίγης έξτρα άμμου, υδρογέλης και θρεπτικής ουσίας. Ένα μητρικό τούβλο μπορεί να παράγει έως οκτώ τούβλα μετά από τρεις γενεές.

Το μπετόν είναι το δεύτερο σε κατανάλωση υλικό στη Γη μετά το νερό. Η παραγωγή τσιμέντου (πρώτης ύλης για το μπετόν) ευθύνεται για το 6% των συνολικών ετήσιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, ενώ και το ίδιο το μπετόν απελευθερώνει διοξείδιο. Η νέα μέθοδος, που έχει μικρότερο «αποτύπωμα άνθρακα», αποτελεί μια φιλική στο περιβάλλον εναλλακτική επιλογή σε σχέση με τα σημερινά οικοδομικά υλικά.

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι να εξερευνήσουν τις πολυάριθμες εφαρμογές που μπορεί να έχει το νέο υλικό. Μια δυνατότητα που θα διερευνηθεί, είναι η εισαγωγή βακτηρίων με διαφορετικές ιδιότητες στο μίγμα, ώστε να προκύψουν αντίστοιχα νέα υλικά με διαφορετικές βιολογικές λειτουργίες, όπως ικανότητες να «αισθάνονται» και να ανταποκρίνονται στις τοξίνες του αέρα. Ακόμη τέτοια υλικά μπορεί να είναι χρήσιμα για τη δημιουργία κατασκευών σε ερήμους ή σε άλλους πλανήτες όπως ο 'Αρης, όπου υπάρχουν περιορισμένες πρώτες ύλες για οικοδομές.

«Σε τέτοια περιβάλλοντα τα νέα υλικά θα είχαν ιδιαίτερα καλή απόδοση, επειδή χρησιμοποιούν φως του Ήλιου για να αναπτυχθούν και αυξάνονται, έχοντας ελάχιστες ανάγκες για άλλο εξωγενές υλικό. Κάτι τέτοιο θα συμβεί με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, καθώς δεν πρόκειται να κουβαλήσουμε σακιά τσιμέντου στον 'Αρη», δήλωσε ο Σρούμπαρ.

Η τεχνική χρειάζεται πάντως βελτίωση, καθώς τα κυανοβακτήρια χρειάζονται συνθήκες υγρασίας για να επιβιώσουν μέσα στο νέο υλικό, κάτι που δεν είναι δυνατό σε ξηρές και άνυδρες περιοχές. Γι' αυτό οι ερευνητές προσπαθούν ήδη να δημιουργήσουν γενετικά τροποποιημένα βακτήρια, που θα είναι πολύ πιο ανθεκτικά στην έλλειψη υγρασίας, ώστε να παραμένουν ζωντανά.

Η έρευνα χρηματοδοτείται από την Υπηρεσία Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων (DARPA) του Υπουργείου 'Αμυνας των ΗΠΑ, η οποία προφανώς διαβλέπει και στρατιωτικές εφαρμογές στο νέο υλικό. Γενικότερα, τα «ζωντανά υλικά» (Engineered Living Materials-ELM) αποτελούν ένα νέο πολλά υποσχόμενο επιστημονικό πεδίο, καθώς «ζωντανεύουν» τα άψυχα υλικά -χάρη στην ενσωμάτωση μικροοργανισμών- έτσι ώστε η ύλη να αποκτά ικανότητες αίσθησης, επικοινωνίας και ανταπόκρισης στα εξωτερικά ερεθίσματα (πίεσης, φωτός κ.α.).