Kā sēnes var salabot mūsu brūkošo infrastruktūru

ASV ir viena no visattīstītākajām ekonomikām pasaulē. Un tomēr betona infrastruktūra, kas to atbalsta — ceļi, tilti, ietves un tā tālāk — lēnām brūk. Šī stāvokļa pasliktināšanās prasa sarežģītus remontdarbus, izraisa ilgu aizkavēšanos un vissmagākajos gadījumos var izraisīt konstrukcijas bojājumus.

Tā ir arī arvien dārgāka problēma. Nelabotās mazās plaisas pārtop lielākās, kas atsedz metāla stiegrojuma konstrukcijas, un, ja tās tiek bojātas, remonts var būt dārgs un sarežģīts. Saskaņā ar Amerikas Būvinženieru biedrības sniegto informāciju, šī problēma ASV ekonomikai izmaksās gandrīz 4 triljonus dolāru zaudētā biznesa līdz 2025. gadam, ja tā netiks risināta.

Skaidrs, ka ir ļoti nepieciešams labāks, lētāks betona remonta veids.

Ienāk Nings Džans no Rutgersas universitātes Ņūdžersijā, Congrui Jin no Binghemtonas universitātes un daži draugi, kuri saka, ka ir atklājuši slepenu sastāvdaļu, kas kādu dienu varētu noturēt tautu kustībā, automātiski salabojot drūpošu betonu. Šī jaunā sastāvdaļa? Sēnes.

Vispirms nedaudz fona. Materiālu zinātnieki jau sen ir cerējuši atrast slepenu mērci, kas palīdz betonam salabot pats sevi. Viena no idejām ir aizpildīt betonu ar polimēru šķiedrām, kas satur sveķus, kas izplūst, lai aizpildītu plaisas.

Tas kādu laiku izskatījās daudzsološi, taču izrādās, ka betonam un sveķiem cita starpā ir dažādas termiskās izplešanās īpašības, kas dažkārt var pasliktināt plaisas.

Labāks pildījums plaisām ir kalcija karbonāts, jo tas labi saķeras ar betonu un tam ir līdzīgas konstrukcijas īpašības. Dažādas baktērijas ražo šāda veida minerālus, bet arī atbrīvo citus blakusproduktus, tostarp lielu daudzumu slāpekļa produktu, piemēram, amonjaku. Un tas var kaitēt ceļiem un videi.

Tāpēc materiālu zinātniekiem ir vajadzīga cita iespēja, un šodien Džans un kolēģi apgalvo, ka ir atraduši to sēnītes veidā, ko sauc par Trichoderma reesei. Tas var dīgt visdažādākajos apstākļos, veidojot šķiedrainu sēnīti, kas veicina kalcija karbonāta veidošanos.

Viņu ideja ir tāda, ka sēnīšu sporas tiek pievienotas betonam, kad tas tiek sajaukts, un pēc tam guļ, līdz betons saplaisā. Ūdens, kas ieplūst plaisās, izraisa sporu dīgšanu, piepildot plaisas ar sēnīšu šķiedrām, kas izraisa kalcija karbonāta veidošanos, kas galu galā aizpilda tukšumu.

Tāda ir teorija, bet izšķirošais jautājums ir par to, vai tā darbosies praksē. Tāpēc Džans un kolēģi nolēma to noskaidrot.

Komanda ielēja Petri trauciņos betonu un ļāva tam sastingt. Pēc tam viņi katrai plāksnei ielēja augšanas barotni un pievienoja dažādu veidu sēnītes. Viņi gaidīja, lai redzētu, kura no sēnēm augs ļoti sārmainos apstākļos, ko veicina betons.

Rezultāti bija atklājoši. No visām pārbaudītajām sēnēm tikai Trichoderma reesei uzplauka pat tad, kad pH paaugstinājās līdz 13. Pēc tam Džans un co pētīja tā šķiedru struktūru mikroskopā un izmantoja rentgenstaru difrakciju, lai analizētu atstātos nogulsnes. Dati stingri liecināja par to T. reesei Viņi saka, ka hifas var veicināt kalcija karbonāta nogulsnēšanos.

Elektronu mikroskopa attēli skaidri parāda mineralizētās struktūras, ko šķiedras atstāj aiz sevis.

Protams, nekas no tā to nepierāda Trichoderma reesei sporas var izdzīvot, ja tās pievieno betonam, kad tas ir sajaukts. Patiešām, no pirmā acu uzmetiena tas šķiet maz ticams. Sporām būtu jāatrodas betona porās.

Džans un citi izmērīja poras betonā, ko viņi izgatavoja, un konstatēja, ka to diametrs vidēji ir aptuveni viens mikrometrs. Bet Trichoderma reesei sporas ir lielākas - apmēram četri mikrometri diametrā. Tas liecina, ka betona sacietēšanas laikā tie tiks sasmalcināti.

Džans un kolēģi apgalvo, ka problēmu varētu atrisināt, pievienojot maisījumam gaisa burbuļus, taču tas ir jāturpina izpētīt.

Tas ir interesants darbs ar ievērojamu plusu. Ja Trichoderma reesei izrādīsies burvju sēne, kas var salabot brūkošo ASV infrastruktūru, tas būs liels ieguvums. Un tas ir arī videi draudzīgs — sēne ir labdabīga cilvēkiem, un kalcija karbonāta veidošanās process fiksē oglekli no atmosfēras. Tādējādi tas noņem oglekļa dioksīdu, svarīgu siltumnīcefekta gāzi.

Protams, priekšā ir daudz darba, lai noteiktu, vai sporas izdzīvos betonā. Bet sākotnējie rezultāti dod iemeslu to izpētīt sīkāk.

Atsauce: arxiv.org/abs/1708.01337 : Sēnīšu skrīnings betona plaisu pašdziedēšanai

paslēpties