Σε μια εποχή που η κλιματική αλλαγή επιτάσσει ριζικές αλλαγές στον τρόπο που χτίζουμε τις πόλεις μας, μια ομάδα ερευνητών από το Worcester Polytechnic Institute (WPI) στη Μασαχουσέτη φαίνεται πως βρήκε το «ιερό δισκοπότηρο» των οικοδομικών υλικών.
Πρόκειται για μια νέα κατηγορία δομικών στοιχείων που αντλεί έμπνευση από τη βιολογία και έχει τη μοναδική ιδιότητα να είναι αρνητικού άνθρακα. Με απλά λόγια; Κατά την παραγωγή του, το υλικό αυτό δεν ρυπαίνει την ατμόσφαιρα, αλλά αφαιρεί διοξείδιο του άνθρακα (CO2) από αυτήν.
Το νέο υλικό, το οποίο οι επιστήμονες ονόμασαν Enzymatic Structural Material (ESM), παρουσιάστηκε πρόσφατα στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Matter και φιλοδοξεί να αντικαταστήσει το παραδοσιακό σκυρόδεμα σε πολλές εφαρμογές, προσφέροντας μια λύση στο τεράστιο περιβαλλοντικό αποτύπωμα της τσιμεντοβιομηχανίας.
Το περιβαλλοντικό «αγκάθι» του τσιμέντου
Για να κατανοήσουμε τη σημασία αυτής της ανακάλυψης, αρκεί να κοιτάξουμε τους αριθμούς. Το σκυρόδεμα είναι το πιο διαδεδομένο υλικό στον πλανήτη μετά το νερό. Ωστόσο, η παραγωγή του τσιμέντου (του συνδετικού υλικού στο μπετόν) είναι υπεύθυνη για περίπου το 8% των παγκόσμιων εκπομπών CO2. Αυτό συμβαίνει επειδή η δημιουργία του απαιτεί τεράστιες θερμοκρασίες σε κλιβάνους και χημικές αντιδράσεις που απελευθερώνουν τόνους αερίων του θερμοκηπίου.
Εδώ έρχεται η καινοτομία του καθηγητή Nima Rahbar και της ομάδας του στο WPI. Αντί να ψήσουν ασβεστόλιθο σε γιγαντιαίους φούρνους, στράφηκαν στη φύση.
Πώς λειτουργεί: Η βιολογική «μαγεία»
Η τεχνολογία πίσω από το ESM μιμείται τον τρόπο που οι ζωντανοί οργανισμοί, όπως τα οστρακοειδή, χτίζουν τα κελύφη τους. Το μυστικό όπλο είναι ένα ένζυμο που ονομάζεται ανυδράση του άνθρακα. Το ένζυμο αυτό λειτουργεί ως καταλύτης, επιταχύνοντας μια αντίδραση μεταξύ του διοξειδίου του άνθρακα και του ασβεστίου, μετατρέποντάς τα σε κρυστάλλους ανθρακικού ασβεστίου.
Ουσιαστικά, οι ερευνητές δημιούργησαν μια διαδικασία που «πετρώνει» το CO2. Το αποτέλεσμα είναι ένα σύνθετο υλικό που δεσμεύει τον άνθρακα μόνιμα στη δομή του, αντί να τον αφήνει να αιωρείται στην ατμόσφαιρα.
Τα στοιχεία που εντυπωσιάζουν
Η σύγκριση με το παραδοσιακό σκυρόδεμα είναι συντριπτική υπέρ του νέου υλικού, τουλάχιστον σε οικολογικό επίπεδο:
- Παραδοσιακό Σκυρόδεμα: Εκπέμπει περίπου 330 κιλά CO2 για κάθε κυβικό μέτρο που παράγεται.
- Νέο Υλικό ESM: Απορροφά (δεσμεύει) 6,1 κιλά CO2 για κάθε κυβικό μέτρο.
Η διαφορά είναι χαώδης. Από εκεί που έχουμε έναν ρυπογόνο γίγαντα, περνάμε σε ένα υλικό που λειτουργεί ως «σφουγγάρι» για τους ρύπους.
Επιπλέον, η ταχύτητα παραγωγής είναι ένα ακόμη δυνατό χαρτί. Ενώ το συμβατικό μπετόν χρειάζεται συχνά έως και 28 ημέρες για να ωριμάσει και να φτάσει στη μέγιστη αντοχή του, το ESM μπορεί να πήξει και να είναι έτοιμο προς χρήση μέσα σε λίγες μόλις ώρες.
Ξεπερνώντας τα εμπόδια: Αντοχή και υγρασία
Στο παρελθόν, παρόμοιες προσπάθειες για «βιο-τσιμέντο» είχαν σκοντάψει σε δύο βασικά προβλήματα: τη χαμηλή μηχανική αντοχή και την ευαισθησία στο νερό. Πολλά βιο-υλικά διαλύονταν ή έχαναν τη δύναμή τους σε συνθήκες υψηλής υγρασίας.
Η ομάδα του WPI έλυσε αυτό το πρόβλημα χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται «τριχοειδής ανάρτηση» πάνω σε ένα υδρόφοβο ικρίωμα. Με απλά λόγια, δημιούργησαν έναν σκελετό που απωθεί το νερό, πάνω στον οποίο αναπτύσσονται οι κρύσταλλοι.
Το αποτέλεσμα είναι ένα υλικό με αντοχή θλίψης 25,8 MPa. Αν και δεν φτάνει ακόμη τα επίπεδα του οπλισμένου σκυροδέματος που χρησιμοποιείται στους ουρανοξύστες (που συχνά ξεπερνά τα 50 MPa), είναι απολύτως επαρκές για πλήθος άλλων εφαρμογών, όπως:
- Τούβλα τοιχοποιίας.
- Πλάκες πεζοδρομίων.
- Κεραμίδια και επιστεγάσεις.
- Προκατασκευασμένα στοιχεία (panels).
Το μέλλον των κατασκευών;
Ο καθηγητής Rahbar υπογραμμίζει ότι αν έστω και ένα μικρό ποσοστό της παγκόσμιας κατασκευαστικής δραστηριότητας υιοθετούσε υλικά όπως το ESM, η επίδραση στην κλιματική αλλαγή θα ήταν κολοσσιαία.
Εκτός από το οικολογικό όφελος, το υλικό προσφέρει και οικονομικά πλεονεκτήματα μακροπρόθεσμα. Είναι ανακυκλώσιμο, ενώ προηγούμενες έρευνες της ίδιας ομάδας έχουν δείξει ότι τέτοιου είδους ενζυματικά υλικά μπορούν να έχουν ακόμη και ιδιότητες αυτο-ίασης, κλείνοντας μικρές ρωγμές μόνα τους, κάτι που θα μείωνε δραματικά το κόστος συντήρησης των κτιρίων.
Φυσικά, όπως συμβαίνει με κάθε καινοτομία, ο δρόμος από το εργαστήριο μέχρι τα ράφια των καταστημάτων οικοδομικών υλικών είναι μακρύς. Ωστόσο, η ανακάλυψη του WPI δείχνει ότι η τεχνολογία υπάρχει. Το ερώτημα πλέον δεν είναι αν μπορούμε να χτίσουμε χωρίς να καταστρέφουμε το περιβάλλον, αλλά πόσο γρήγορα θα αποφασίσουμε να το κάνουμε πράξη.
