VĚDCI VYTVOŘILI ŽIVÝ BETON

Zdroj: https://www.nytimes.com/2020/01/15/science/construction-concrete-bacteria-photosynthesis.html?fbclid=IwAR0m7LZK76O_mhR4VKSNcXm2SIb4A4L9Y4vZWs8CDLWbhBEoAyx0o85V48I

„Frankensteinův materiál“

...hemžící se fotosyntetickými mikroby a nakonec z nich i vyrobený. A umí se rozmnožovat.

Wil Srubar (vlevo), stavební inženýr na Univerzitě Colorado v Boulderu, a Sarah Williams, studentka materiálového inženýrství, drží cihly ze stavebního materiálu vyrobeného ze sinic a dalších materiálů.

Stavitelé vyrábějí beton už po staletí zhruba stejným způsobem: míchají tvrdé materiály, například písek, s různými pojivy a doufají, že zůstane pevný a tuhý po dlouhou dobu.

Interdisciplinární tým vědců z Univerzity Colorado v Boulderu nyní vytvořil zcela jiný druh betonu: takový, který je živý a dokáže se dokonce rozmnožovat.

Minerály se v novém materiálu neukládají chemickou cestou, ale prostřednictvím sinic, běžné skupiny mikrobů, které získávají energii fotosyntézou. Fotosyntetický proces pohlcuje oxid uhličitý, na rozdíl od výroby běžného betonu, při které se uvolňuje obrovské množství skleníkových plynů.

Fotosyntetické bakterie dodávají betonu ještě jednu neobvyklou vlastnost: zelenou barvu. „Opravdu to vypadá jako Frankensteinův materiál,“ řekl Wil Srubar, stavební inženýr a vedoucí výzkumného projektu. (Když materiál vyschne, zelená barva vybledne.)

Zapojením biologie do betonu se zabývali i jiní vědci, zejména u betonu, který si dokáže sám zacelit trhliny. Podle tvůrců je hlavní výhodou nového materiálu to, že místo přidávání bakterií do běžného betonu, tedy do nepřívětivého prostředí, se jejich postup zaměřuje přímo na bakterie: dosáhnout toho, aby vytvářely beton, a udržet je naživu pro pozdější použití.

Nový, živý beton

...popsaný v časopise Matter, „představuje novou a vzrušující třídu nízkouhlíkových, navržených stavebních materiálů,“ řekla Andrea Hamiltonová, odbornice na beton ze Strathclyde University ve Skotsku.

Při tvorbě živého betonu se vědci nejprve pokusili vložit sinice do směsi teplé vody, písku a živin. Mikrobi ochotně pohlcovali světlo a začali produkovat uhličitan vápenatý, který postupně spojoval zrnka písku. Tento proces byl ale pomalý a Darpa, spekulativní výzkumná složka ministerstva obrany a dárce projektu, chtěla, aby výstavba probíhala velmi rychle. Nutnost a šťastná náhoda tak daly vzniknout vynálezu.

Oblouk vyrobený ze živých stavebních materiálů v laboratoři Dr. Srubara

Dr. Srubar předtím pracoval s želatinou, potravinářskou složkou, která po rozpuštění ve vodě a zchlazení vytváří mezi svými molekulami svérázné vazby. Důležité je, že se dá použít při mírných teplotách šetrných k bakteriím. Navrhl přidat želatinu pro zpevnění matrice tvořené sinicemi, což tým zaujalo.

Vědci koupili v místním supermarketu želatinu značky Knox a rozpustili ji v roztoku s bakteriemi. Když směs nalili do forem a zchladili v lednici, želatina vytvořila své vazby. „Úplně stejně, jako když děláte Jell-O,“ řekl Dr. Srubar. Želatina poskytla pevnější strukturu a spolupracovala s bakteriemi, čímž pomohla živému betonu růst pevněji a rychleji.

Přibližně za den směs vytvořila betonové bloky ve tvaru jakékoli formy, kterou tým použil, včetně dvoupalcových kostek, bloků velikosti krabice od bot a kusů střešní krytiny s výztuhami a výřezy. Jednotlivé dvoupalcové kostky byly dost pevné na to, aby se na ně mohl postavit člověk, i když materiál je ve srovnání s běžným betonem slabší. Bloky velikosti krabice od bot ukázaly potenciál pro skutečnou výstavbu.

První experimenty

„Když jsme pomocí tohoto systému poprvé vytvořili velkou konstrukci, nevěděli jsme, jestli to bude fungovat; z té malé velikosti jsme přešli na tuhle velkou cihlu,“ řekla Chelsea Heveranová, bývalá postdoktorandka v týmu, dnes inženýrka na Montana State University a hlavní autorka studie. „Vytáhli jsme ji z formy a drželi ji v rukou. Byla nádherná, jasně zelená a na boku bylo napsané slovo ‚Darpa‘.“ (Forma nesla jméno dárce projektu.) „Bylo to poprvé, co jsme dosáhli měřítka, jaké jsme si představovali, a bylo to opravdu vzrušující.“

Když tým přinesl malé vzorky na pravidelné setkání se zástupci Darpy, byli ohromeni, řekl Dr. Srubar: „Každý si chtěl jednu položit na svůj stůl.“

Při skladování v relativně suchém vzduchu při pokojové teplotě dosahují bloky maximální pevnosti během několika dnů a bakterie postupně začínají odumírat. Ale i po několika týdnech jsou bloky stále živé; když je znovu vystavíte vysokému teplu a vlhkosti, mnoho bakteriálních buněk se samo obnoví.

Tým může vzít jeden blok, rozříznout ho diamantovým hrotem, jednu polovinu vložit zpět do teplé nádrže s větším množstvím surovin, nalít ji do formy a znovu začít vytvářet beton. Každý blok tak může dát tři nové generace, tedy osm potomků.

Ministerstvo obrany má zájem využít reprodukční schopnost těchto „LBM“, tedy živých stavebních materiálů, k podpoře výstavby v odlehlých nebo neúrodných oblastech. „Nechcete přece vozit do pouště velké množství materiálu,“ řekl Dr. Srubar.

Výhodou bloků je

...že jsou vyrobené z různých běžně dostupných materiálů. Většina betonu vyžaduje panenský písek z řek, jezer a oceánů, kterého je na celém světě nedostatek, zejména kvůli obrovské poptávce po betonu. Nový živý materiál tak vybíravý není. „Nejsme vázáni na použití konkrétního druhu písku,“ řekl Dr. Srubar. „Mohli bychom použít i odpadní materiály, jako je mleté sklo nebo recyklovaný beton.“

Výzkumný tým pracuje na tom, aby byl materiál praktičtější: zpevňuje beton, zvyšuje odolnost bakterií vůči vysychání, mění uspořádání materiálů tak, aby se daly skladovat naplocho a jednoduše sestavit jako sádrokartonová deska, a hledá jiný druh sinic, který nevyžaduje přidání želatiny.

Dr. Srubar uvedl, že nástroje syntetické biologie by možnosti mohly výrazně rozšířit: například o stavební materiály, které dokážou odhalit toxické chemikálie a reagovat na ně, nebo které se rozsvítí a upozorní na poškození konstrukce. Živý beton by mohl pomoci v prostředích drsnějších, než jsou nejsušší pouště, třeba na jiných planetách, jako je Mars.

„Neexistuje způsob, jak dopravit stavební materiály do vesmíru,“ řekl Dr. Srubar. „Bereme si s sebou biologii.“