Infrastructura ne sprijină și ne facilitează viața de zi cu zi - gândiți-vă la drumurile pe care mergem, la podurile și tunelurile care ajută la transportul de persoane și de marfă, la clădirile de birouri unde lucrăm și la barajele care furnizează apa pe care o bem. Dar nu este un secret faptul că infrastructura americană îmbătrânește și are nevoie disperată de reabilitare.
Structurile din beton, în special, suferă de o deteriorare gravă. Fisurile sunt foarte frecvente datorită diferitelor fenomene chimice și fizice care apar în timpul utilizării de zi cu zi. Betonul se micșorează pe măsură ce se usucă, ceea ce poate provoca fisuri. Se poate crăpa atunci când există mișcare dedesubt sau datorită ciclurilor de îngheț / dezgheț de-a lungul anotimpurilor. Pur și simplu punerea prea mare în greutate poate provoca fracturi. Și mai rău, barele de oțel încorporate în beton ca armare se pot coroda în timp.
Fisurile foarte minuscule pot fi destul de nocive, deoarece oferă o cale ușoară în ceea ce privește lichidele și gazele - și substanțele nocive pe care le pot conține. De exemplu, micro-fisurile pot permite ca apa și oxigenul să se infiltreze și apoi să corodeze oțelul, ceea ce duce la defecțiuni structurale. Chiar și o ruptură zveltă doar lățimea unui păr poate permite suficientă apă pentru a submina integritatea betonului.
Dar lucrările de întreținere și reparații continue sunt dificile, deoarece necesită de obicei o cantitate enormă de forță de muncă și investiții.
Așadar, din 2013, am încercat să-mi dau seama cum aceste fisuri dăunătoare s-ar putea vindeca singure fără intervenția umană. Ideea s-a inspirat inițial din capacitatea uimitoare a corpului uman de a se vindeca de tăieturi, vânătăi și oase rupte. O persoană ia nutrienți pe care organismul îi folosește pentru a produce noi înlocuitori pentru a vindeca țesuturile deteriorate. În același mod, putem furniza produse necesare betonului pentru a umple fisurile când se întâmplă deteriorarea?
Colegii mei de la Universitatea Binghamton, Guangwen Zhou și David Davies, Ning Zhang, de la Rutgers University, și am găsit un candidat neobișnuit care să ajute la vindecarea concretă: o ciupercă numită Trichoderma reesei .
Cercetătorii au analizat o serie de ciuperci în căutarea unui candidat care ar putea ajuta la umplerea fisurilor din beton. (Congrui Jin, CC BY-ND) Inițial, am ecranizat aproximativ 20 de specii diferite de ciuperci pentru a găsi una care să reziste la condițiile dure din beton. Unele le-am izolat de rădăcinile plantelor care au crescut în soluri sărace în nutrienți, inclusiv din New Jersey Pine Barrens și din Munții Stâncoși canadieni din Alberta.
Am constatat că, pe măsură ce hidroxidul de calciu din beton dizolvat în apă, pH-ul mediului nostru de creștere fungic a crescut de la o valoare inițială aproape neutră de 6, 5 până la un nivel foarte alcalin 13, 0. Dintre toate ciupercile testate, numai T. reesei a putut supraviețui acestui mediu. În ciuda creșterii drastice a pH-ului, sporii săi au germinat în miceliu hiphal ca ata și au crescut la fel de bine cu sau fără beton.
Odată ce sporii (stânga) germinează odată cu adăugarea de apă, cresc în miceliu hiphal asemănător firului (dreapta). (Congrui Jin, CC BY-ND) Vă propunem să includem spori fungici, împreună cu nutrienți, în timpul procesului inițial de amestecare la construirea unei noi structuri de beton. Atunci când se produce fisurarea inevitabilă și apa își găsește calea, sporii fungici adormiți vor germina.
Pe măsură ce cresc, vor acționa ca un catalizator în condițiile bogate în calciu ale betonului pentru a promova precipitațiile cristalelor de carbonat de calciu. Aceste zăcăminte minerale pot completa fisurile. Când fisurile sunt complet calafiate și nu mai poate intra în apă, ciupercile vor forma din nou spori. Dacă fisurile se formează din nou și condițiile de mediu devin favorabile, sporii s-ar putea trezi și repeta procesul.
T. reesei este ecologic și nepatogen, nu prezintă un risc cunoscut pentru sănătatea umană. În ciuda prezenței sale răspândite în solurile tropicale, nu există semne de efecte adverse asupra plantelor sau animalelor acvatice sau terestre. De fapt, T. reesei are o istorie lungă de utilizare sigură în producția la scară industrială a enzimelor de carbohidrasă, cum ar fi celuloza, care joacă un rol important în procesele de fermentare în timpul vinificației. Desigur, cercetătorii vor trebui să efectueze o evaluare minuțioasă pentru a investiga eventualele efecte imediate și pe termen lung asupra mediului și sănătății umane înainte de utilizarea acestuia ca agent de vindecare în infrastructura concretă.
Rețetele viitoare de ciment pot include ciuperci. (Midtown Crossing la Turner Park, CC BY) Încă nu înțelegem pe deplin această tehnică de reparare biologică foarte tânără, dar promițătoare. Betonul este un mediu dur pentru ciupercă: valori ale pH-ului foarte ridicate, dimensiuni relativ mici ale porilor, deficit de umiditate severă, temperaturi ridicate vara și temperaturi scăzute iarna, disponibilitate limitată de nutrienți și posibilă expunere la razele ultraviolete de la lumina soarelui. Toți acești factori influențează dramatic activitățile metabolice ale ciupercilor și îi fac vulnerabili la moarte.
Cercetările noastre sunt încă în stadiul inițial și există un drum lung de parcurs pentru a face concret autovindecarea concretă și rentabilă. Însă sfera provocărilor infrastructurii americane face ca explorarea unor soluții creative ca aceasta să fie valabilă.
Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.
Congrui Jin, profesor asistent de inginerie mecanică, Universitatea Binghamton, Universitatea de Stat din New York
