تولید بتن با استفاده از باکتری و ادرار!

به گزارش خبرآنلاین، یک گروه از دانشمندان با استفاده از اوره صنعتی، به مقاومت فشاری بیش از ۵۰ مگاپاسکال دست یافتند که به طور قابل توجهی از مواد زیست‌کانی‌سازی شده قبلی پیشی گرفت.

به نقل از ایسنا، این گروه تحقیقاتی به رهبری لوسیو بلاندینی (Lucio Blandini)، رئیس موسسه سازه‌های سبک و طراحی مفهومی (ILEK) در دانشگاه اشتوتگارت، از زیست‌کانی سازی میکروبی که یک فرآیند زیست‌فناوری که در آن باکتری‌ها اوره موجود در ادرار را به کریستال‌های کربنات کلسیم تبدیل می‌کنند، استفاده کردند.

این کریستال‌های دایره‌ای بزرگ با شیارهای شعاعی با سطوح صاف، ذرات شن را به هم متصل می‌کنند و در نتیجه یک زیست‌کانی سازی قوی و سازگار با محیط زیست ایجاد می‌شود که از نظر شیمیایی شبیه ماسه سنگ طبیعی است.

این پروژه با نام SimBioZe، زمانی آغاز شد که محققان ادرار را به عنوان یک منبع فراوان اما کم استفاده تشخیص دادند و آنها را بر آن داشت تا زیست‌کانی سازی میکروبی را به عنوان جایگزینی پایدار برای تولید بتن سنتی مورد بررسی قرار دهند.

با حمایت وزارت علوم، تحقیقات و هنر ایالت بادن-وورتمبرگ، مطالعه امکان‌سنجی اولیه با موفقیت امکان تبدیل ادرار به بتن زیستی سازگار با محیط زیست را نشان داد.

مصالح ساختمانی سبز

در حالی که بتن با تولید سالانه تقریبا چهار میلیارد تُن، پرکاربردترین مصالح ساختمانی در سطح جهان است، قیمت بالای زیست‌محیطی آن، بخش ساخت و ساز را به سمت یافتن جایگزین‌های پایدارتر سوق می‌دهد.

تولید سیمان که ماده اصلی بتن است، نیاز به گرم کردن سنگ آهک تا دمای حدود ۲۶۴۲ درجه فارنهایت (۱۴۵۰ درجه سانتیگراد) دارد که منجر به مصرف مقادیر زیادی انرژی و انتشار قابل توجه گازهای گلخانه‌ای می‌شود.

در تلاش برای مقابله با این چالش زیست‌محیطی، محققان از طریق روشی نوآورانه، یک محصول زائد رایج را به طور همزمان به مصالح ساختمانی و کودهای ارزشمند تبدیل کردند و بتن زیستی را به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده توسعه دادند.

مایا اسمیرنووا (Maiia Smirnova)، کارشناس ارشد علوم توضیح می‌دهد که بتن زیستی از طریق کانی‌سازی زیستی تولید می‌شود، فرآیندی که در آن موجودات زنده از طریق واکنش‌های شیمیایی مواد معدنی تولید می‌کنند.

او ادامه داد: ما پودری حاوی باکتری را با شن مخلوط می‌کنیم، مخلوط را در قالب قرار می‌دهیم و سپس آن را در طول سه روز در یک فرآیند خودکار با ادرار غنی‌شده با کلسیم شستشو می‌دهیم. تجزیه اوره توسط باکتری‌ها، همراه با افزودن کلسیم به ادرار، باعث رشد کریستال‌های کربنات کلسیم می‌شود.

این فرآیند، مخلوط شن را به بتن زیستی تبدیل می‌کند و در نهایت ماده جامدی تولید می‌کند که از نظر شیمیایی شبیه به ماسه‌سنگ آهکی طبیعی است. او افزود: بسته به قالب، عناصر را می‌توان در اشکال و اندازه‌های مختلف و با حداکثر عمق ۱۵ سانتی‌متر ایجاد کرد.

آزمایش‌ها نتایج برجسته‌ای به همراه دارند

به گفته محققان، هنگام استفاده از اوره با درجه صنعتی، بتن زیستی به مقاومت فشاری بیش از ۵۰ مگاپاسکال (MPa) دست یافت که آن را به طور قابل توجهی از مواد معدنی زیستی موجود محکم‌تر می‌کند.

در همین حال، آزمایش‌ها با ادرار مصنوعی، استحکامی معادل ۲۰ مگاپاسکال ایجاد کرد، در حالی که ادرار واقعی انسان به دلیل کاهش فعالیت باکتری‌ها در طول فرآیند، استحکامی حدود ۵ مگاپاسکال ایجاد کرد. محققان قصد دارند این مقاومت را بیشتر افزایش دهند و استحکامی معادل ۳۰ تا ۴۰ مگاپاسکال را هدف قرار دهند که برای ساختمان‌هایی تا سه طبقه کافی است.

این گروه در حال حاضر در حال ارزیابی مقاومت بتن زیستی در شرایط انجماد و ذوب و تعیین مناسب بودن آن برای کاربردهای فضای باز است. فاز دوم این پروژه که به تازگی برای سه سال دیگر تأمین مالی شده است، بر بهینه‌سازی فعالیت باکتری‌ها و اصلاح بیشتر فرآیند تولید تمرکز خواهد داشت.

علاوه بر این، دانشمندان برای آزمایش کاربردپذیری این بتن در دنیای واقعی، قصد دارند یک مرکز آزمایشی در فرودگاه اشتوتگارت بسازند. این مرکز، ادرار جمع‌آوری‌شده از مناطق عمومی با تراکم بالا را پردازش می‌کند، آن را به بتن زیستی تبدیل می‌کند و همزمان کودهای ارزشمند را استخراج می‌کند. این پروژه با ایجاد یک اقتصاد چرخشی که مواد مغذی را بازیابی و ضایعات را به حداقل می‌رساند، نمونه‌ای از زیرساخت‌های پایدار شهری است.

۵۸۵۸