Kaip grybai gali pataisyti mūsų griūvančią infrastruktūrą

JAV yra viena pažangiausių ekonomikų pasaulyje. Ir vis dėlto ją palaikanti betoninė infrastruktūra – keliai, tiltai, šaligatviai ir panašiai – pamažu griūva. Šis pablogėjimas reikalauja sudėtingo remonto, sukelia ilgą vėlavimą, o sunkiausiais atvejais gali sukelti konstrukcijos gedimą.

Tai taip pat vis brangesnė problema. Maži netaisyti įtrūkimai virsta didesniais, kurie atidengia metalines armatūros konstrukcijas, o jas pažeidus remontas gali būti brangus ir sudėtingas. Amerikos civilinių inžinierių draugijos teigimu, iki 2025 m. ši problema JAV ekonomikai kainuos beveik 4 trilijonus dolerių prarasto verslo, jei ji nebus išspręsta.

Akivaizdu, kad labai reikalingas geresnis, pigesnis betono remonto būdas.

Įstojo Ning Zhang iš Rutgers universiteto Naujajame Džersyje, Congrui Jin iš Binghamtono universiteto ir keli draugai, kurie sako atradę slaptą ingredientą, kuris vieną dieną galėtų priversti tautą judėti automatiškai taisant byrantį betoną. Šis naujas ingredientas? Grybai.

Pirmiausia šiek tiek fono. Medžiagų mokslininkai jau seniai tikėjosi rasti slaptą padažą, kuris padėtų betonui pasitaisyti. Viena idėja yra užpildyti betoną polimeriniais pluoštais, kurių sudėtyje yra dervos, kuri išteka ir užpildo įtrūkimus.

Kurį laiką tai atrodė daug žadanti, bet paaiškėjo, kad betonas ir derva, be kita ko, turi skirtingas šiluminio plėtimosi savybes, dėl kurių kartais gali pablogėti įtrūkimai.

Geresnis užpildas įtrūkimams yra kalcio karbonatas, nes jis gerai jungiasi su betonu ir turi panašias konstrukcines savybes. Įvairios bakterijos gamina tokio tipo mineralus, bet taip pat išskiria kitus šalutinius produktus, įskaitant daug azoto produktų, tokių kaip amoniakas. O tai gali pakenkti keliams ir aplinkai.

Taigi medžiagų mokslininkams reikia kito pasirinkimo, o šiandien Zhangas ir bendradarbiai sako, kad rado jį kaip grybą, vadinamą Trichoderma reesei. Jis gali dygti įvairiomis sąlygomis, sudarydamas pluoštinį grybelį, kuris skatina kalcio karbonato susidarymą.

Jų idėja yra tokia, kad grybų sporos pridedamos prie betono, kai jis sumaišomas, ir tada guli ramybėje, kol betonas įtrūksta. Į plyšius tekantis vanduo sukelia sporų sudygimą, užpildydamas plyšius grybelinėmis skaidulomis, kurios skatina kalcio karbonato susidarymą, kuris galiausiai užpildo tuštumą.

Tokia yra teorija, bet esminis klausimas yra, ar tai veiks praktiškai. Taigi Zhangas ir bendradarbiai nusprendė išsiaiškinti.

Komanda supylė betoną į Petri lėkštes ir leido jam sustingti. Tada ant kiekvienos plokštės užpylė augimo terpės ir pridėjo įvairių rūšių grybų. Jie laukė, kad pamatytų, kurie grybai augs labai šarminėmis sąlygomis, kurias skatina betonas.

Rezultatai buvo atskleidžiantys. Iš visų tirtų grybų tik Trichoderma reesei klestėjo net tada, kai pH pakilo iki 13. Tada Zhang ir co tyrinėjo jo pluoštinę struktūrą mikroskopu ir naudojo rentgeno spindulių difrakciją, kad ištirtų nuosėdas, kurias paliko. Duomenys tai tvirtai rodė T. reesei Hifai gali skatinti kalcio karbonato nusodinimą, sako jie.

Elektroninio mikroskopo vaizdai aiškiai parodo mineralizuotas struktūras, kurias palieka pluoštai.

Žinoma, niekas to neįrodo Trichoderma reesei sporos gali išlikti, jei įmaišomos į betoną, kai jis maišomas. Iš tiesų, iš pirmo žvilgsnio tai atrodo mažai tikėtina. Sporos turėtų būti betono porose.

Zhang ir bendradarbiai išmatavo jų pagaminto betono poras ir nustatė, kad jų skersmuo buvo maždaug vienas mikrometras. Bet Trichoderma reesei sporos yra didesnės - maždaug keturių mikrometrų skersmens. Tai rodo, kad betonui stingstant jie bus susmulkinti.

Zhang ir bendradarbiai teigia, kad problemą būtų galima išspręsti į mišinį įdėjus oro burbuliukų, tačiau tai turi būti toliau tiriama.

Tai įdomus darbas, turintis reikšmingą pranašumą. Jeigu Trichoderma reesei pasirodys esąs stebuklingas grybas, galintis pataisyti griūvančią JAV infrastruktūrą, tai bus didžiulė dovana. Be to, tai nekenksminga aplinkai – grybelis žmonėms yra nekenksmingas, o kalcio karbonato susidarymo procesas fiksuoja anglį iš atmosferos. Taigi jis pašalina anglies dioksidą, svarbias šiltnamio efektą sukeliančias dujas.

Žinoma, laukia daug darbo, siekiant nustatyti, ar sporos išliks betone. Tačiau ankstyvieji rezultatai suteikia pagrindo tai ištirti išsamiau.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1708.01337 : Grybų patikrinimas betono įtrūkimų savaiminiam gijimui

paslėpti