Биофундамент: как используются микроорганизмы в строительстве

Биофундамент: как используются микроорганизмы в строительстве

Пресловутый «квартирный вопрос» способен испортить не только людей. Одних только кирпичей для строительства производится около полутора триллионов в год — это один из самых массовых продуктов современной цивилизации. Обычные керамические кирпичи получают обжигом глины, расходуя массу энергии. Этот процесс приводит к поступлению в атмосферу углекислого газа, объемы которого достигают примерно 800 млн тонн ежегодно. Но этого все равно мало. Сотни миллионов человек испытывают нехватку жилья, и специалисты говорят о необходимости наращивать производство: больше энергии, больше материала, больше кирпичей — больше домов. Но другие эксперты предлагают внимательнее посмотреть вокруг.

Биоцемент и биокирпич

Микроорганизмы — великие строители, накапливавшие опыт еще с докембрия, когда появились первые пути биоминерализации. Целый ряд химических процессов в живой клетке приводит к образованию карбоната кальция, который накапливается твердым нерастворимым осадком, отложениями кальцита, арагонита или ватерита. Это сложные минеральные образования, которые иногда легко спутать с произведениями человеческих рук. Горы известняка, мела, мрамора. Наблюдать биопреципитацию карбоната кальция можно и в меньших масштабах. Мелкие, безвредные и широко распространенные почвенные бактерии Sporosarcina pasteurii вызывают локальное «цементирование» и затвердение песка. Эту их способность еще в 2008 году швед Магнус Ларссон предложил использовать для создания на западе Африки искусственной границы перед растущими пустынями. Позднее к похожей идее пришла и Джинджер Досье, которая тогда возглавляла кафедру архитектуры Американского университета Шарджи в ОАЭ. Она довела технологию до логического предела, предложив метод «микробиологически индуцированной преципитации карбоната кальция» (MICP) для производства строительных кирпичей. Как и у традиционных кирпичей и цемента, все начинается с песка. Его засыпают в формы, смешав с хлоридом кальция и мочевиной — совершенно безопасными веществами, используемыми даже в качестве пищевых добавок (E509 и E927b). Остается добавить «магическое зелье» — бактериальный препарат S. pasteurii, — и через два-пять дней кирпич затвердеет до необходимой прочности.

Успешно представив проект на международных форумах, Джинджер собрала стартовое финансирование, в 2012 году основала старт-ап bioMASON и стала совершенствовать технологию. Вскоре в Северной Каролине открылось опытное производство, способное выдавать от 500 до 1500 «биокирпичей» в неделю. Они уже проходят испытания в естественных условиях, а тем временем в bioMASON отрабатывают методы получения необычных кирпичей — способных поглощать загрязнения из воздуха, меняющих цвет в зависимости от влажности или просто светящихся в темноте.

Биофундамент и биодома

Пока Джинджер Досье проводила свои первые опыты, студенты Ньюкаслского университета экспериментировали с бациллами Bacillus subtilis. Полученная ими ГМ-линия BacillaFilla предназначена для ремонта бетонных конструкций. Проникая вглубь трещины, бациллы проводят минерализацию и заполняют ее карбонатом кальция, который дополнительно укрепляется клейким полисахаридом леваном. Для контроля процесса биологи скорректировали работу сигнальных путей, с помощью которых бактерии координируют свою коллективную активность. Это позволяет искусственно стимулировать у всей популяции активный синтез левана и карбоната и образование твердой пленки, заполняющей трещину.

Проект получил неожиданное развитие: профессор Ньюкаслского университета Мартин Дейд-Робертсон обратил внимание на то, что бактерии прекрасно растут под высоким давлением. Повышая его до 10 атм., ученый идентифицировал 122 гена, которые «включаются» у B. subtilis в таких экстремальных условиях. Дейд-Робертсон предлагает использовать эту особенность для укрепления фундаментов. Достаточно внести в почву микробы, продуцирующие карбонат кальция в ответ на повышенное давление, — и она будет естественным образом цементироваться под зданием, становясь тем тверже, чем выше нагрузка.

Живые стены Живые стены Специально созданный штамм бацилл BacillaFilla устойчив к характерным для цемента высоким значениям pH, проникает в трещины и скрепляет их. Для контроля их поведения используют модифицированные сигнальные пути, которыми бактерии пользуются в рамках «чувства кворума», координируя свою совместную активность.

Некоторые проекты привлекают интерес весьма серьезных инвесторов. И хотя до возведения целых зданий на «биофундаменте» и из «биокирпичей» пока далеко, бактерии могут проникнуть на стройплощадку постепенно. Тут снова придется упомянуть Ньюкаслский университет: здесь, на кафедре экспериментальной архитектуры, профессор Рэйчел Армстронг при поддержке Евросоюза координирует реализацию проекта «Живая архитектура» (Living Architecture, LiAr). Ученые из LiAr стараются внести микробы в уже используемые керамические кирпичи. Осенью 2016 года команда Армстронг представила прототип «усовершенствованных» кирпичей, в полости которых внесен коктейль из веществ и микроорганизмов, превращающий их в микробные топливные ячейки, способные вырабатывать электричество, заодно очищая воздух или использованную воду. По заверению участников проекта LiAr, довести технологию до готового к использованию уровня можно лет за десять. Масштабное производство сделает такие кирпичи ненамного дороже традиционных, а к тому времени, видимо, подоспеют и полностью «микробные» строительные материалы.


Джинджер Досье

Образование: Академия искусств Крэнбрук, архитектор

Компания: bioMASON

«В идеале мы стремимся получить нечто вроде порошка или концентрата. В такой форме материал можно удобно доставлять к месту строительства. Останется просто добавить воды».

Статья «Бригада бактерий» опубликована в журнале «Популярная механика» (№6, Июнь 2017).
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.