Naukowcy z Worcester Polytechnic Institute pokazali światu materiał, który nie tylko nie obciąża atmosfery dwutlenkiem węgla, ale na dodatek aktywnie pomaga ją oczyszczać. Brzmi to wprawdzie tak, jak spełnienie marzeń ekologów i wizjonerów zrównoważonego rozwoju, ale rewolucji nie ma co oczekiwać z dnia na dzień. Droga do powszechnego zastosowania jest długa, choć sama idea zasługuje na uwagę, bo pokazuje, że można myśleć o budownictwie zupełnie inaczej. Z drugiej strony musimy pamiętać, że ostatnio naukowcy zbadali tradycyjny beton dokładniej i wykazali, że już teraz “budynki walczą z dwutlenkiem węgla“.
Enzym z naszej krwi może stać się kluczem do zielonego budownictwa
Podstawą nowego materiału, który doczekał się miana Enzymatycznego Materiału Strukturalnego (ESM), jest enzym powszechnie występujący w naturze. Mowa o anhydrazie węglanowej, czyli tej samej, która w naszych czerwonych krwinkach umożliwia wydalanie dwutlenku węgla. Badacze postanowili wykorzystać ten biologiczny mechanizm w zupełnie nowym kontekście, bo ich pomysł polega na wykorzystaniu enzymu do przekształcania CO2 w stały składnik materiału budowlanego.
Czytaj też: Wysadzić Antarktydę atomówkami, żeby uratować Ziemię przed efektem cieplarnianym. Czy to ma sens?
Proces jest inspirowany sposobem, w jaki natura tworzy muszle czy rafy koralowe. Enzym przyspiesza reakcję wody z dwutlenkiem węgla, prowadząc do wytrącania się kryształów kalcytu. Te mikroskopijne struktury działają jak naturalny spoiwo, łącząc cząstki piasku i węgla w twardą, skałopodobną masę. Elegancja tego rozwiązania polega na naśladowaniu sprawdzonych przez miliony lat procesów, zamiast polegania na energochłonnej chemii przemysłowej.
Wytrzymałość i szybkość, które przebijają tradycyjny beton
Gdy rozmawiamy o materiałach konstrukcyjnych, teoria musi ustąpić miejsca twardym danym technicznym. Tutaj ESM również prezentuje się obiecująco. Podczas gdy konwencjonalny beton potrzebuje blisko miesiąca, aby osiągnąć pełną wytrzymałość, nowy materiał można formować w gotowe elementy w ciągu zaledwie kilku godzin. Ten szczegół nie tylko przyspieszyłoby procesy budowlane, ale też zredukował koszty logistyki i składowania.
Czytaj też: Woda pewnikiem, a nie luksusem. Przełom z MIT może zmienić pustynie w miejsca do życia
Jeśli chodzi o odporność, średnia wytrzymałość tego materiału na ściskanie wynosi 25,8 MPa, co przekracza minimalne normy stawiane betonowi konstrukcyjnemu. Kluczowym osiągnięciem jest również stabilność w kontakcie z wilgocią. Wcześniejsze bio-materiały często traciły swoje właściwości w takich warunkach, co dyskwalifikowało je w praktyce. ESM radzi sobie z tym problemem wzorowo, co z kolei otwiera drogę do realnych zastosowań w zewnętrznej infrastrukturze. Produkcja odbywa się w relatywnie niskich temperaturach, bo bez potrzeby rozpalania wielkich pieców do ponad 1450 stopni Celsjusza, jak ma to miejsce przy wytwarzaniu cementu.
Wyjątkowy bilans emisji i długa droga do placu budowy
W kwestii bilansu emisji pojawia się najbardziej wymowny argument. Standardowa produkcja metra sześciennego betonu uwalnia do atmosfery około 330 kilogramów CO2, a ten sam wolumen materiału ESM ma potencjał, aby związać i przechować 6,1 kilograma dwutlenku węgla. Różnica jest więc fundamentalna, bo zamiast być źródłem emisji, budulec staje się jej pochłaniaczem, a to bardzo ważne, bo branża budowlana odpowiada za jedną trzecią globalnych emisji gazów cieplarnianych. Nawet częściowe wdrożenie technologii o ujemnym bilansie węglowym mogłoby przynieść odczuwalne skutki. Dodatkowym atutem jest możliwość recyklingu i naprawy tego materiału, co wpisuje się w gospodarkę o obiegu zamkniętym i redukuje góry odpadów budowlanych.
Wyniki opublikowane w czasopiśmie Matter są jednak dopiero pierwszym rozdziałem tej historii. Zespół, wspierany finansowo przez National Science Foundation, pracuje teraz nad skalowaniem procesu i dalszym poprawianiem właściwości mechanicznych. Cel jest ambitny, bo zakłada nawet zastosowania w wysokich konstrukcjach i nie jest to tylko czcze gdybanie, bo technologia jest już chroniona zgłoszonym patentem. Trzeba jednak zachować pewien realizm. ESM nie zastąpi jutro betonu w budownictwie, ale dążenie do realizacji tej wizji jest na wagę złota.
Czytaj też: Ruszyła produkcja akumulatorów przyszłości. Chiny chwalą się nawet 2-krotnie wyższym zasięgiem
Wyzwania związane z masową produkcją nowego materiału, długoterminową trwałością w różnych warunkach klimatycznych oraz konkurencyjnością kosztową pozostają do pokonania. Niemniej jednak sam kierunek poszukiwań jest niezwykle cenny. Pokazuje bowiem, że przyszłość budownictwa nie musi być kopią przeszłości, a innowacja może iść w parze z regeneracją środowiska. W czasach, gdy liczy się każda tona wyemitowanego dwutlenku węgla, takie pomysły przestają być akademicką ciekawostką, a stają się potencjalną koniecznością i kierunkowskazem dla całej branży.