新型活性混凝土有自愈功能，還能持續(xù)生長(zhǎng)
現(xiàn)代城市是建立在混凝土之上的，但我們付出了可怕的代價(jià)?；炷恋纳a(chǎn)不僅釋放出了大約5%的溫室氣體，一旦混凝土失效（混凝土結(jié)構(gòu)建筑的有效期一般為50年~70年），其后果可能是毀滅性的。而現(xiàn)在有一種由沙子和細(xì)菌制成的新型活性混凝土，只需要你給它提供營(yíng)養(yǎng)并保持濕度，就可以持續(xù)生長(zhǎng)。
就像珊瑚礁和貝殼，生物體構(gòu)建碳酸鈣結(jié)構(gòu)已經(jīng)持續(xù)了數(shù)百萬(wàn)年。這種能力甚至被人類(lèi)借用來(lái)在混凝土裂縫危及整個(gè)結(jié)構(gòu)之前為其添加填充物。來(lái)自科羅拉多大學(xué)博爾德分校的Wil Srubar博士有更遠(yuǎn)大的想法。
現(xiàn)有活性混凝土中的細(xì)菌活不了多久，因此無(wú)法大量繁殖。當(dāng)Srubar博士搜索了關(guān)于活性建筑材料的科學(xué)文獻(xiàn)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)只有0.1%到0.4%的微生物能存活一個(gè)月。不同的鈣化細(xì)菌的功效可能不同，但普通的混凝土是堿性環(huán)境，試圖修補(bǔ)其孔洞對(duì)于本來(lái)應(yīng)該負(fù)責(zé)修補(bǔ)的有機(jī)體來(lái)說(shuō)，反而是致命的。
Srubar博士從零開(kāi)始，用的材料是藍(lán)細(xì)菌聚球藻屬、沙子以及由明膠和營(yíng)養(yǎng)成分制成的水凝膠。藍(lán)藻利用光合作用將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成碳酸鈣，碳酸鈣則與沙子結(jié)合形成混凝土。明膠提供了腳手架的作用，而細(xì)菌則負(fù)責(zé)從大氣中去除二氧化碳，兩者共同作用使材料得以凝固。
與之前不到1%的存活率不同，在Srubar的實(shí)驗(yàn)中，這些細(xì)菌30天的生存率為9%~14%。當(dāng)Srubar博士將一塊活性混凝土磚劈成兩半并添加額外的沙子、明膠和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，存活的細(xì)菌便“殖民”了這塊新材料。經(jīng)過(guò)了三代細(xì)菌，這一塊磚變成了八塊。Srubar博士在一份聲明中稱：“這正是我們?cè)噲D創(chuàng)造的——一種有生命力的東西。
由細(xì)菌形成的混凝土制造、回收活建筑材料的過(guò)程
圖自Heveran et al./Matter
這項(xiàng)研究仍然存在一些挑戰(zhàn)。其中之一，是細(xì)菌需要相當(dāng)潮濕的條件才能不斷生長(zhǎng)，但活性混凝土作為建筑材料，又必須處于干燥的狀態(tài)，才能獲得最大的強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)室中保持適當(dāng)?shù)钠胶馐且换厥隆诮ㄖさ厣?，這又是另一回事。此外，明膠是由動(dòng)物膠原蛋白產(chǎn)生的。肉類(lèi)行業(yè)的廢棄物為當(dāng)前的需求提供了充足的供應(yīng)，但在城市建設(shè)中則又是一個(gè)問(wèn)題。純素明膠替代品能否發(fā)揮作用還有待觀察。
論文承認(rèn)，活性建筑材料“無(wú)意廣泛取代水泥材料”，但它們?nèi)钥赡芫邆湓S多用途，尤其是它們有修復(fù)受損部位的能力。細(xì)菌可以原地繁殖，這樣就節(jié)省了很多交通運(yùn)輸費(fèi)用，在交通不便的地區(qū)具有很大的優(yōu)勢(shì)，甚至是未來(lái)需要在火星上造房子的某一天。
編輯：劉群
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