Биофундамент: как используются микроорганизмы в строительстве
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.
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.
