Tag:

الخرسانة الحيوية

تقنية الـ”بايوفايبر”.. نظرة نحو أبنية حيوية أكثر من مستدامة

by admin 22 سبتمبر، 2024

أبنية – خاص

كان القدماء يلجؤون إلى أساليب وحيل لتقوية البناء، وكانوا يبتكرون فيها, فمنذ اللجوء إلى الكهوف وأعالي الجبال والاحتماء بالطبيعة، واعتماد جذوع النخل في بناء أوتاد الخيام، ثم الطوب الطيني، ومرورًا بالطوب اللبن، واعتمادهم على تقنيات أخرى لتقوية البناء، مثل: ضلوع الماموث والجلود والحجر والمعادن واللحاء والخيزران وروث الحيوانات، وخلط ألياف أخرى كشعر الخيول في الطين؛ من أجل الحصول على بناء متماسك وصلب يقاوم مرور الزمن والتغيرات المناخية.

ظلَّت الأفكار تتوالى وتنمو سعيًا من أجل بناء قوي يتميز بالصلابة والمرونة، فاعتمد البُنيان على قواعد خرسانية، تستخدم آليات البقاء ومقاومة الصدأ. ولكن كانت الفكرة الأكثر جنونًا أن تكون هذه المرونة والحماية ذاتية من تلقاء نفسها، تعمل محل الإنسان في حفظ الأرواح وإرساء قواعد من الاستدامة، ثمثَّلت في تجربة الخرسانة الحيَّة.

بايوفايبر تجربة الخرسانة الحيَّة

منذ عام تقريبًا، أدخل الفريق البحثي -وهو من كلية الهندسة بجامعة دريكسيل- لمسة جديدة على ممارسة قديمة كان يستخدمها البناؤون الأوائل لتحقيق هذا المفهوم الجديد لـ”الخرسانة الحية” التي تستخدم بكتيريا تندفع إلى موقع الشقوق لإصلاح الضرر.

الفريق التابع للجامعة الواقعة في فيلاديلفيا اعتمد على الألياف المحملة بالبكتيريا أو “بايوفايبر”، وقدم في الدراسة وصفًا تفصيليًا لهذا النظام، مشيرًا إلى أنه عبارة عن ألياف بوليمر مغطاة بهيدروجيل محمل بالبكتيريا وقشرة واقية تستجيب للأضرار، حيث تعمل شبكة الألياف الحيوية المدمجة داخل الخرسانة على تحسين متانتها، وتمنع الشقوق من النمو، وتمكّن من إصلاحها ذاتيًا.

محاولات سابقة

ليست المحاولة المذكورة، الأولى من نوعها، فقد كانت هناك مساعٍ حيوية من أجل تشييد أبنية قوية، تعتمد على أسس متينة، وذلك قبل منتصف تسعينيات القرن العشرين، مثل الكبسولات اللاصقة وفكرة اللدائن.

كبسولات لاصقة

ظهرت أولى محاولات تطوير تقنية لمعالجة تشققات الخرسانة ذاتيًا عام 1994، حيث اعتمدت على فكرة تغليف لاصق داخل كبسولة صغيرة أو في ألياف قصيرة أو أنابيب أطول. تم وضع هذه الكبسولات مع مكونات الخرسانة، وعندما تحدث التشققات، تنكسر الكبسولات وتُطلق اللاصق الذي يسد الشقوق. رغم أن الباحثين من جامعة كارديف وجامعة كامبريدج وجامعة باث والمعهد الكوري للبناء، طوروا آليات أكثر فاعلية لاحقًا، فإن هذه المحاولات لم تحقق نجاحات ملموسة في التطبيق العملي.

اللدائن متذكرة الشكل

من بين المواد الذكية الجديدة، تُعتبر اللدائن متذكرة الشكل مثالًا مثيرًا، حيث تتمتع البوليمرات بقدرتها على استعادة شكلها السابق بعد حدوث أي تشوه. وتعتمد هذه المواد على مبدأين: الأول يتعلق بعناصر ذاتية تعزز من قدرة البوليمرات على الإصلاح، والثاني يتعلق بعناصر خارجية تدعم هذه الآلية. الهدف الأساسي من استخدام هذه البوليمرات في الخرسانة هو تعزيز القدرة على سد الشقوق من خلال زيادة عناصر الاستعانة الذاتية.

تتميز هذه البوليمرات بأنها شبه بلورية ولها شكل محدد مسبقًا يُحتفظ في بنيتها، مما يمكنها من العودة إلى حالتها الأصلية. عند حدوث تشقق، يتغير شكل اللدائن، ويتم تنشيط النظام باستخدام حرارة مباشرة أو تيار كهربائي. وبمجرد تنشيطها، تستعيد البوليمرات شكلها الأصلي، مما يولد قوة شد تُساعد على إغلاق الشقوق. ومع ذلك، تعتمد هذه التقنية على تدخل خارجي، مما يجعلها تتطلب حرارة عند حدوث التشقق، وهذا يعد نقطة ضعف رئيسية.

مراحل تطوير الخرسانة الحية

ظهور الفكرة

ظهرت فكرة الخرسانة الحيوية لأول مرة عام 2006، عندما استفسر خبير تقنية من عالم الأحياء المجهرية هانك جونكرز، عن إمكانية استخدام البكتيريا لصناعة خرسانة قابلة للإصلاح الذاتي. وبدأت رحلة البحث عن سلالات بكتيرية قادرة على البقاء في بيئة الخرسانة الجافة، التي تتطلب نوعًا معينًا من البكتيريا للتكيف مع تلك الظروف.

اختيار البكتيريا

في بداية عام 2016، اختار جونكرز بكتيريا “العصوية “Bacillus “، التي تعتبر غير مؤذية وتنمو في الظروف القلوية. تتميز هذه السلالة بإنتاج الأبواغ، مما يسمح لها بالتكيف مع الظروف الصعبة. وتحتاج هذه البكتيريا إلى عدة سنوات من السبات قبل أن تُنشط بالماء، حيث يُمكن أن تبقى حية لعقود دون غذاء.

تطوير آلية العمل

تمت معالجة التحدي المرتبط بتزويد البكتيريا بمصدر غذائي لتنتج مواد إصلاح. بعد استبعاد السكر كخيار غير مناسب، استخدم الفريق لاكتات الكالسيوم، الذي يُخلط مع البكتيريا في كبسولات قابلة للتحلل. وعند حدوث تشققات، يتفكك الغلاف الخارجي للكبسولات بفعل الماء، مما يوقظ البكتيريا لتبدأ بدمج الكالسيوم مع أيونات الكربونات.

تنفيذ الفكرة

عندما تتفاعل البكتيريا مع لاكتات الكالسيوم، تتكون الكالسيت، وهو الحجر الجيري المطلوب الذي يسد الشقوق. تمكن الفريق من إصلاح تشققات بعرض 0.5 مم في المختبر. ويعملون حاليًا على اختبار الفكرة في الهواء الطلق لمعرفة كيفية تطبيقها في المنشآت المختلفة. ويأمل جونكرز في أن تمثل هذه التقنية بداية عصر جديد من المباني البيولوجية التي تجمع بين الطبيعة ومواد البناء.

فكرة عمل البايوفايبر المعالج ذاتيًا

تستند فكرة عمل الألياف الحيوية “بايوفايبر”، حديثًا إلى محاكاة الطريقة التي تقوم بها أنسجة البشرة بإصلاح نفسها، حيث تستخدم بنية ليفية متعددة الطبقات تحتوي على ألياف وسيلة شفاء طبيعية مثل الدم. هذه الألياف تستغل البكتيريا المنتجة للحجارة لإنشاء خرسانة حية قادرة على إصلاح نفسها عند تعرضها للتلف، كما يوضح فرنام.

مكونات البكتيريا المستخدمة

تشارك بكتيريا معينة في كثير من العمليات الطبيعية التي تسهم في تكوين الصخور والمعادن. ومن بين هذه البكتيريا:

ثيوباكيلوس فيروكسيدانس: تقوم بأكسدة مركبات الحديد والكبريت، مما يؤدي إلى تكوين معادن مثل أكاسيد الحديد والكبريتات، التي تسهم في تشكيل أنواع معينة من الصخور.
ليبتوثركس ديسكوفورا: تنتج أغلفة خيطية رفيعة يمكن أن تتغطى بأكاسيد الحديد أو المنغنيز، مما يساعد في تشكيل الرواسب المعدنية.
البكتيريا الزرقاء: تسهم بعض أنواعها في تكوين “الستروماتوليت”، وهي هياكل طبقية تتشكل عن طريق ربط الحبوب الرسوبية بواسطة حصائر ميكروبية.
ليسينيباسيلوسكرويكوس: تُعرف بدورها في تكوين المعادن، وخاصة كربونات الكالسيوم.

عمل الفريق البحثي مع بكتيريا “ليسينيباسيلوس كرويكوس”، التي توجد عادة في التربة، وتستطيع دفع عملية تُسمَّى ترسيب كربونات الكالسيوم، مما يؤدي إلى إنشاء مادة تشبه الحجر يمكن أن تستقر وتصلب في الشقوق الموجودة في الخرسانة.

تتفاعل هذه البكتيريا مع الكالسيوم في الخرسانة لتنتج كربونات الكالسيوم، التي تعمل كمواد تدعيم تملأ الشقوق. وقد اكتشف الباحثون أنه عندما تُحفّز هذه البكتيريا لتكوين “بوغ” داخلي، يمكنها أن تبقى في حالة سبات داخل الخرسانة حتى تُستدعى للعمل.

نظرة تطلعية

رغم التحديات المطروحة، التي تمثَّلت في تساؤلات ناقدة للفكرة، مثل: “ما نوع الشقوق التي تصلح معها البكتيريا، ومدى قدرة البكتيريا على العمل مجددًا بعد إصلاح الشقوق أو الشروخ”، فإن تقنية الـ”بايوفايبر” تمثل خطوة مبتكرة نحو مستقبل أكثر استدامة في قطاع البناء. ومع تزايد الوعي بأهمية الحفاظ على الموارد والبيئة، تفتح هذه التقنية آفاقًا جديدة لتحسين فعالية المواد الإنشائية وتقليل الحاجة إلى الصيانة المتكررة. فبفضل التطورات المستمرة في العلوم والتكنولوجيا، يمكن أن تتحول الخرسانة الحيوية إلى عنصر أساسي في المباني الذكية، مما يضمن قدرتها على التكيف مع الظروف المتغيرة وتلبية احتياجات المجتمعات الحديثة. وفي النهاية، يمثِّل هذا الابتكار تجسيدًا لرؤية شاملة تسعى إلى دمج الطبيعة مع هندسة البناء، مما يسهم في بناء مستقبل أكثر استدامة للأجيال القادمة.

22 سبتمبر، 2024 0 التعليقات

تقارير

الخرسانة الحيويَّة.. توفِّر الطاقة وتصلح ذاتها عند التشقّق

by admin 10 أبريل، 2020

الأبنية الجاهزة – الرياض

الخرسانة واحدة من أكثر المواد استخداماً بعد المياه، وتؤدِّي دوراً أساسياً لا غنى عنه في الحضارة الحديثة. فقد استُخدمت على نطاق واسع في تشييد المباني والسدود والموانئ البحرية، والطرق والجسور والأنفاق، وغيرها من الهياكل الأساسية. غير أن عوامل طبيعية عديدة تؤدي إلى ظهور تشققات في الخرسانة، تتيح للغبار والماء والهواء الانسلال إلى داخلها، فيبدأ حديد التسليح، الذي يعزِّز كل هيكل خرساني تقريباً، بالتآكل نتيجة الرطوبة والصدأ. ويؤدِّي ذلك، بعد فترة، إلى تداعي وتمزق الهيكل القوي، وفي النهاية ينهار.

وبدءاً من النصف الثاني من القرن العشرين، تفاوتت محاولات معالجة هذه التشققات، بين تطوير مواد كيميائية لاصقة ومواد ذكية على اختلافها من دون أن تسجِّل نجاحاً ملحوظاً.

لكنَّ تطوراً علمياً جديداً، يستخدم الكائنات الحية الدقيقة من ضمن مكونات الخرسانة، يجعلها ترمم ذاتها، ويوفِّر الطاقة، ويمتص ثاني أكسيد الكربون من الجو، يبدو أنه واعد جداً.

تتكوَّن الخرسانة أساساً من مزيج من الماء، والرمل، والحصى، والإسمنت. وفي أواخر القرن التاسع عشر الميلادي، أُضيف الحديد إلى هذا المزيج ليصبح اسمه الخرسانة المسلحة. والإسمنت هو الجزء الأهم في المواد الخرسانية؛ لأنه يربط هذه المكونات بعضها بالبعض الآخر ويجعلها متماسكة، ويملأ الفراغات بين الجزيئات الخشنة والدقيقة.

يعود تاريخ الخرسانة في جذوره إلى ما لا يقل عن 6500 سنة قبل الميلاد عندما استخدم سكان وادي السند نوعاً من الخرسانة الطينية لبناء الهياكل التي بقي بعض آثارها حتى يومنا هذا. كما استخدم الآشوريون والبابليون، منذ حوالي 2000 قبل الميلاد، الطين، الذي يشبه الإسمنت كمادة للتماسك.

أحدث استخدام الخرسانة الطينية كمادة بناء تحولاً في مفاهيم الهندسة المعمارية في جميع أنحاء الإمبراطورية الرومانية القديمة، فمكّن من تشييد هياكل وتصاميم جديدة، لم يكن بناؤها ممكناً باستخدام الحجر وحده، كما كان سائداً قبل ذلك. وفجأة، توسَّع الطموح الجمالي، وتطوَّر الأفق الفني كما تمثل، بشكل رئيس في الكتاب الشهير للمعماري الروماني الشهير ماركوس فيتروفيوس “دي أركيتكتورا” في القرن الأول قبل الميلاد. وبدأت تظهر معالم عمرانية كبرى مثل الحمامات والكولوسيوم والبانثيون التي تزينها الأقواس وغيرها.

الخطوة المهمة التالية في تطور الخرسانة ظهرت عندما قام المهندس البريطاني جون سميتون في عام 1756م، بصنع أول إسمنت حديث، الإسمنت الهيدروليكي الذي نعرفه اليوم، والذي يتصلَّب عند مزجه بالماء. وفي عام 1853م استخدم الصناعي الفرنسي فرانسوا كوانيي أول خرسانة مسلَّحة بإضافة قضبان من الحديد إلى مكوِّناتها، وأصبح هذا المزيج سائداً ابتداءً من أواخر القرن التاسع عشر واستمر حتى يومنا هذا.

قضية تشقّقها

رغم كل مزاياها وفوائدها، فإن الخرسانة الحديثة المستندة إلى الجير، هي ذات عمر افتراضي قصير نسبياً، بسبب تشكّل التشققات التي تقصر عمر الأبنية. وقد جرت محاولات وأبحاث عديدة، منذ فترة طويلة، لحل هذه المشكلة من دون نجاح حاسم. فقد طُوِّر عديد من المواد، تفاوت بين مواد لزجة لاصقة متعدِّدة، إلى مواد ذكية تُدمج في الخرسانة لتقوم بوظيفة معيَّنة عند التشقق. لكنها جميعاً، وعلى الرغم من بعض النجاحات المؤقتة، لم تشكِّل حلاً مستداماً لمعالجة هذه الشقوق على المدى الطويل.

كبسولات لاصقة

ظهرت أولى المحاولات لتطوير معالجة ذاتية لقضية التشقق عام 1994م. واعتمدت على فكرة تغليف لاصق معيَّن، داخل كبسولة صغيرة، أو في ألياف قصيرة أو في أنابيب أطول، ووضعها مع مكوّنات الخرسانة. وعندما تتشقق الخرسانة، تنكسر الكبسولات الصغيرة، فينطلق اللاصق ويسد الشقوق. ومع أن الآليات الأكثر فاعلية وضعها لاحقاً باحثون من جامعة كارديف في المملكة المتحدة وجامعة كامبريدج وجامعة باث والمعهد الكوري للبناء، لكنها لم تشهد نجاحات ملموسة

اللدائن متذكرة الشكل

ومن الأمثلة على المواد الذكية الجديدة، التي يحاول الباحثون استخدامها، بوليمرات ذكية قادرة على تذكر شكلها السابق. فعند حصول تشوّه أو تغيير معيَّن، تستطيع هذه البوليمرات العودة إلى شكلها السابق. وتعمل هذه الآلية على مبدأين، الأول مبدأ الاستعانة بعناصر “ذاتية”، والثاني الاستعانة بعناصر “غيرية”. والهدف الخاص لاستخدامها في الخرسانة التي تصلح ذاتها هي زيادة عنصر الاستعانة الذاتية لسد الشقوق.

فهذه البوليمرات هي شبه بلورية، ذات شكل محدَّد مسبقاً يُحفظ في بنيتها، ويساعدها لاحقاً على العودة إلى حالتها الأصلية. وعند حدوث تشقق، يتغير شكل اللدائن، عند ذلك يُشغل النظام بواسطة التدفئة على شكل حرارة مباشرة، أو تيار كهربائي. وبمجرد تنشيطه، يعود الشكل الحالي إلى شكله الأصلي، وبسبب طبيعة الوتر المكبوتة داخل البوليمر، تنشأ قوة شدّ، مما يجعل الشق يغلق على نفسه. لكن نقطة ضعف هذا النظام، كما لاحظنا، هي حاجته إلى تدخل خارجي لحاجته إلى الحرارة عند التشقق.

الخرسانة الحيوية

ثبت أن معظم طرق معالجة تشققات الخرسانة الموصوفة أعلاه، وخاصة استخدام المواد الكيميائية والبوليمرات، هي مصادر لمخاطر صحية وبيئية. والأهم من ذلك، أنها فعالة فقط في المدى القصير. وبالتالي، ارتفع الطلب على طرق علاجية بديلة، وصديقة للبيئة، ومستدامة.

ظهرت فكرة الخرسانة الحيوية لأول مرَّة عام 2006م، عندما سأل أحد خبراء التقنية عالم الأحياء المجهرية هانك جونكرز، من جامعة دلفت في هولندا، عما إذا كان من الممكن استخدام البكتيريا في صناعة خرسانة تصلح ذاتها من الشقوق.

قضى البروفيسور جونكرز، بعد هذه الملاحظة التي لفتت نظره، عدة سنوات في البحث عن هذه البكتيريا المختلفة حتى وجد واحدة يمكنها البقاء على قيد الحياة في بيئة الخرسانة. فالخرسانة مادة جافة جداً تشبه الأحجار، لذلك كانت هناك حاجة إلى نوع معيَّن من السلالة البكتيرية.

وفي بداية عام 2016م، استخدم جونكرز بكتيريا “العصوية” (Bacillus)، الحميدة وغير المؤذية للبشر، وهي سلالة تزدهر في الظروف القلوية، تتفاعل بشدة مع العناصر الحمضية، مثل تلك الموجودة في الخرسانة. كما أنها تنتج الأَبواغ (مفرد بَوغ) (spores)، وهي خلايا تتكاثر بمفردها، وتمكّن البكتيريـا من التعامل مع الظروف المحيطة.

كما أن هذه البكتيريا “الشافية”، يجب أن تنتظر لعدة سنوات وهي كامنة قبل أن يتم تنشيطها بالماء. وقد اختار جونكرز البكتيريا العصوية لهذا الهدف بالذات، لأنها تزدهر في الظروف القلوية وتنتج جراثيم يمكنها البقاء لعقود من دون طعام أو أكسجين.
ويقول جونكرز: “لم يكن التحدي التالي فقط أن تكون البكتيريا نشطة في الخرسانة، ولكن أيضاً جعلها تنتج مواد إصلاح للخرسانة”.
فعلى الرغم من أن هذه البكتيريا كانت بمثابة تقدُّم كبير لجونكرز وفريقه، إلا أنهم بقوا بحاجة إلى تزويدها بمصدر للغذاء لتنتج المادة المطلوبة، وذلك قبل توليدها للجراثيم. كان السكر أحد الخيارات، لكن إضافة السكر إلى المزيج من شأنه أن يخلق خرسانة ناعمة وضعيفة. لذلك قرروا استخدام لاكتات الكالسيوم، الذي هو أحد مكونات الحليب. ثم وُضعت البكتيريا والكالسيوم في كبسولات قابلة للتحلل، وخُلطت مع الخرسانة الرطبة.

حينما تتشقق الخرسانة، يدخل الماء إلى هيكلها الداخلي، فتُفكك الرطوبة قشرة الكبسولات البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي، والتي تغلف لاكتات الكالسيوم. ثم يوقظ لاكتات الكالسيوم البكتيريا التي تستهلكه، وبذلك تقوم بدمج الكالسيوم مع أيونات الكربونات لتشكيل الكالسيت (معدن يتشكَّل من كربونات الكالسيوم)، وهذا هو الحجر الجيري المطلوب.

عند حدوث هذه العملية البكتيرية، يمتد الحجر الجيري، الذي تكون من جديد، ليملأ الشقوق الناتجة عن الماء، وبالتالي يعيد بناء الهيكل من الداخل إلى الخارج، ويسد تماماً النقطة الأولية التي بدأ فيها التصدع.

وتشبه طريقة إعداد الخرسانة الحيوية تماماً خلط مكونات الخرسانة العادية، ولكن مع عنصر إضافي هو “عامل الشفاء الذاتي”، أي البكتيريا وغذاؤها، الذي يظل سليماً أثناء الخلط، لكنه يتفكك لاحقاً عندما تدخل المياه إليه من خلال الشقوق.

وفقاً لجونكرز: “في المختبر، تمكنَّا من إصلاح الشقوق بعرض 0.5 مم، والآن نعمل على تطوير ذلك. علينا أن ننتج ذلك بكميات ضخمة، لذلك بدأنا بإجراء اختبارات في الهواء الطلق، وننظر في كيفية استعمالها في المنشآت المختلفة، وفي أنواع مختلفة من الخرسانة، لمعرفة ما إذا كان هذا المفهوم يعمل حقاً في الواقع”.

وأمل جونكرز، في حينه، أن تكون الخرسانة الخاصة به بداية عصر جديد من المباني البيولوجية، فيقول: “إنها تجمع الطبيعة مع مواد البناء. الطبيعة توفِّر لنا كثيراً من الوظائف مجاناً، وفي هذه الحالة، البكتيريا المنتجة للحجر الجيري. فإذا استطعنا إدخالها في المواد، يمكننا الاستفادة منها فعلاً. لذلك أعتقد أنه مثال رائع على ربط الطبيعة والبيئات المبنية معاً في مفهوم واحد جديد”.

تطور إضافي مهم

الخطوة النوعية التالية جاءت حديثاً من جامعة كولورادو بولدر، ونُشرت نتائج أبحاثها في مجلة “ماتر” في 15 يناير 2020م. ولخص مضمونها ويل سوروبار، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة المدنية والبيئية والهندسة المعمارية في الجامعة المذكورة، على الشكل التالي: “نحن نستخدم بالفعل مواد بيولوجية في مبانينا، مثل الخشب، لكن هذه المواد لم تعد حية. نحن نسأل: “لماذا لا يمكننا أن نبقيها على قيد الحياة وأن نجعل هذه البيولوجيا تفعل شيئاً مفيداً أيضاً؟”.

طريقة إعدادها

استخدم سوروبار وزملاؤه نوعاً مختلفاً عن البكتيريا التي استخدمها قبله جونكرز. فاختار المتعاقبة الحبيبية، (Synechococcus)، لإنشاء كتل بناء في مجموعة متنوِّعة من الأشكال.

01
تخلط مواد غير عضوية، مثل الرمل والحصى والكالسيوم والجيلاتين، مع بكتيريا المتعاقبة الحبيبية

02
ينتج عن خلطها بالماء مواد بناء عضوية. والخطوة التالية تتوالد هذه القطع إلى قطع أخرى لا تحصى بعد تعرضها للشمس والرطوبة

03
تجفف هذه القطع قبل استعمالها. والقطع غير المستعملة وغيرها يمكن إعادة تدويرها كمصدر جديد للمواد نفسها

وقام الفريق بمحاكاة التمثيل الضوئي في الطبيعة، حيث تمتص هذه الكائنات الدقيقة أشعة الشمس وثاني أكسيد الكربون كمغذيات، وتلفظ كربونات الكالسيوم. وهكذا فإن لهذه العملية القدرة على الانتقال من إنتاج خرسانة يعتمد على الطاقة التقليدية الكثيفة، لإنتاج الإسمنت، إلى إنتاج يعتمد على الطاقة المتجدِّدة تكون أكثر ملاءمة للبيئة بسبب اعتمادها على التمثيل الضوئي.

ودمج الباحثون البكتيريا مع الجيلاتين والرمل ومواد مغذية في خليط سائل، ثم وضعوها في قالب. وبفعل الحرارة وأشعة الشمس، أنتجت البكتيريا بلورات من كربونات الكالسيوم حول جزيئات الرمل، في عملية مماثلة لكيفية تشكل الصدف في المحيط. وعند تبريده، عزز الجيلاتين الخليط وأصبح على شكل جل. ثم قام الفريق بتجفيف الهلام لتشديده، حيث تستغرق العملية برمتها عدة ساعات.

تتمثل ميزة استخدام البكتيريا في إنتاج الخرسانة في أنه إذا لم يتم تجفيفها بالكامل، فإنها تستمر في النمو تلقائياً، تماماً كما تتمدَّد عند التشقق لسد الفراغات. وقد أظهرت الاختبارات أن قطعة واحدة من القرميد تتكاثر إلى ثمانية من دون إضافة أية مواد أخرى. وهكذا يمكن التحكم بالنمو من عدمه في أي وقت عن طريق إدخال الرطوبة إلى المكون. كل ذلك قبل الاستخدام في الأبنية والمنشآت. لكن هذه الديناميكية تعود إلى العمل عند حصول التشقق لاحقاً في المستقبل.

اقتصادية وصديقة للبيئة

تقول المهندسة الميكانيكية لينا غونزاليس، التي تعمل حالياً في هيئة التدريس بجامعة ماساتشوستس لويل: “أعتقد أن فكرة استخدام البكتيريا الزرقاء (cyanobacteria) لصنع هذه المواد فكرة جيدة حقاً”، وهي تلاحظ أن البكتيريا الزرقاء تمتص ثاني أكسيد الكربون. وذلك بعكس ما تفعل العملية التقليديـة لصنع الإسمنت، التي تتطلب حرارة كبيرة، تأتي عادة من حرق الوقود الأحفوري. إذ تشير بعض التقديرات إلى أن صناعـة الإسمنت تتسبَّب بنحو %7 من إجمالي انبعاثات الكربون في جميع أنحاء العالم.

وإضافة إلى أنه عند استخدامها في بناء الجسور والأنفاق والطرق، يمكن للخرسانة الحيوية توفير المليارات من تكاليف الصيانة السنوية. ففي الوقت الحالي، يعمل سوروبار على تقليل تكلفة المواد للاستخدام في المشاريع الكبيرة. إذ يبلغ سعر المتر المكعب للخرسانة البيولوجية حالياً نحو 239 دولاراً. ويأمل الباحثون أن يؤدِّي أسلوبهم الجديد في تغليف البكتيريا ولاكتات الكالسيوم، إلى تخفيض تكلفة الخرسانة الحيوية بنسبة تصل إلى %50، مما يجعل المادة أغلى قليلاً فقط من الخرسانة التقليدية.

ويقول سوروبار، إن الاحتمالات في المستقبل كبيرة. ستباع أكياس مليئة بقطع مجففة لصنع مواد البناء الحية. فقط أضف الماء، وستنمو هذه القطع إلى أضعافها ويمكن للأشخاص في الموقع البدء في تشكيل منازلهم الميكروبية. “لقد حددت الطبيعة كيفية القيام بكثير من الأشياء بطريقة ذكية وفعَّالة. نحن بحاجة فقط إلى إيلاء مزيد من الاهتمام”.

10 أبريل، 2020 0 التعليقات