Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Cegły regenerujące się z połówki? Z żyjącym materiałem z Kolorado to możliwe

Recommended Posts

W budownictwie od dawna wykorzystuje się materiały pochodzenia biologicznego, np. drewno. Gdy się ich używa, nie są już jednak żywe. A gdyby tak stworzyć żyjący budulec, który jest w stanie się rozrastać, a przy okazji ma mniejszy ślad węglowy? Naukowcy nie poprzestali na zadawaniu pytań i zabrali się do pracy, dzięki czemu uzyskali beton i cegły z bakteriami.

Zespół z Uniwersytetu Kolorado w Boulder podkreśla, że skoro udało się utrzymać przy życiu pewną część bakterii, żyjące, i to dosłownie, budynki nie są wcale tylko i wyłącznie pieśnią przyszłości.

Pewnego dnia takie struktury będą mogły, na przykład, same zasklepiać pęknięcia, usuwać z powietrza niebezpieczne toksyny, a nawet świecić w wybranym czasie.

Na razie technologia znajduje się w powijakach, ale niewykluczone, że kiedyś żyjące materiały poprawią wydajność i ekologiczność produkcji materiałów budowlanych, a także pozwolą im wyczuwać i wchodzić w interakcje ze środowiskiem - podkreśla Chelsea Heveran.

Jak dodaje Wil Srubar, obecnie wytworzenie cementu i betonu do konstruowania dróg, mostów, drapaczy chmur itp. generuje blisko 6% rocznej światowej emisji dwutlenku węgla.

Wg Srubara, rozwiązaniem jest "zatrudnienie" bakterii. Amerykanie eksperymentowali z sinicami z rodzaju Synechococcus. W odpowiednich warunkach pochłaniają one CO2, który wspomaga ich wzrost, i wytwarzają węglan wapnia (CaCO3).

Naukowcy wyjaśnili, w jaki sposób uzyskali LBMs (od ang. living building material, czyli żyjący materiał), na łamach pisma Matter. Na początku szczepili piasek żelatyną, pożywkami oraz bakteriami Synechococcus sp. PCC 7002. Wybrali właśnie żelatynę, bo temperatura jej topnienia i przejścia żelu w zol wynosi ok. 37°C, co oznacza, że jest kompatybilna z temperaturami, w jakich sinice mogą przeżyć. Poza tym, schnąc, żelatynowe rusztowania wzmacniają się na drodze sieciowania fizycznego. LBM trzeba schłodzić, by mogła się wytworzyć trójwymiarowa hydrożelowa sieć, wzmocniona biogenicznym CaCO3.

Przypomina to nieco robienie chrupiących ryżowych słodyczy, gdy pianki marshmallow usztywnia się, dodając twarde drobinki.

Akademicy stworzyli łuki, kostki o wymiarach 50x50x50 mm, które były w stanie utrzymać ciężar dorosłej osoby, i cegły wielkości pudełka po butach. Wszystkie były na początku zielone (sinice to fotosyntetyzujące bakterie), ale stopniowo brązowiały w miarę wysychania.

Ich plusem, poza wspomnianym wcześniej wychwytem CO2, jest zdolność do regeneracji. Kiedy przetniemy cegłę na pół i uzupełnimy składniki odżywcze, piasek, żelatynę oraz ciepłą wodę, bakterie z oryginalnej części wrosną w dodany materiał. W ten sposób z każdej połówki odrośnie cała cegła.

Wyliczenia pokazały, że w przypadku cegieł po 30 dniach żywotność zachowało 9-14% kolonii bakteryjnych. Gdy bakterie dodawano do betonu, by uzyskać samonaprawiające się materiały, wskaźnik przeżywalności wynosił poniżej 1%.

Wiemy, że bakterie rosną w tempie wykładniczym. To coś innego niż, na przykład, drukowanie bloku w 3D lub formowanie cegły. Gdybyśmy mogli uzyskiwać nasze materiały [budowlane] na drodze biologicznej, również bylibyśmy w stanie produkować je w skali wykładniczej.

Kolejnym krokiem ekipy jest analiza potencjalnych zastosowań platformy materiałowej. Można by dodawać bakterie o różnych właściwościach i uzyskiwać nowe materiały z funkcjami biologicznymi, np. wyczuwające i reagujące na toksyny w powietrzu.

Budowanie w miejscach, gdzie zasoby są mocno ograniczone, np. na pustyni czy nawet na innej planecie, np. na Marsie? Czemu nie. W surowych środowiskach LBM będą się sprawować szczególnie dobrze, ponieważ do wzrostu wykorzystują światło słoneczne i potrzebują bardzo mało materiałów egzogennych. [...] Na Marsa nie zabierzemy ze sobą worka cementu. Kiedy wreszcie się tam wyprawimy, myślę, że naprawdę postawimy na biologię.

Badania sfinansowała DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych).


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Woda w zbiornikach w Tikal, jednym z najpotężniejszych i najważniejszych miast Majów, była tak zanieczyszczona rtęcią i sinicami, że nie nadawała się do picia. Do takich wniosków doszli naukowcy z University of Cincinnati, którzy stwierdzili toksyczny poziom zanieczyszczeń w czterech głównych zbiornikach wody w Tikal.
      Przekształcenie się centralnych zbiorników w Tikal z miejsc podtrzymujących życie w miejsca powodujące choroby, mogło w sferze i praktycznej i symbolicznej wspomóc decyzję o opuszczeniu tego wspaniałego miasta, stwierdzili autorzy badań.
      Analiza geochemiczna przeprowadzona w dwóch zbiornikach najbliżej miejskiego pałacu i centralnej świątyni wykazała obecność toksycznego poziomu rtęci. Z badan wynika, że rtęć ta pochodziła z pigmentu, którym Majowie dekorowali budynki, naczynia gliniane i inne przedmioty. Podczas deszczów rtęć z pigmentów była wymywana i przed lata gromadziła się w osadach na dnie zbiorników.
      Naukowcy z UC analizowali osady datowane aż do IX wieku naszej ery, kiedy Tikal było jeszcze kwitnącym miastem u szczytu potęgi. Przyczyny, dla których Majowie nagle porzucili swoje miasto stanowią od ponad 100 lat zagadkę. Tym bardziej, że jeszcze w ubiegłym roku podczas innych badań naukowcy z tej samej uczelni stwierdzili, że ziemie wokół Tikal były w IX wieku wyjątkowo żyzne, a swoją jakość zawdzięczały erupcjom wulkanicznym.
      Na potrzeby najnowszych badań naukowcy przeanalizowali osady z 10 zbiorników na terenie Tikal. W czterech z nich znaleziono ślady DNA.
      Osady ze zbiorników najbliżej pałacu i świątyni znaleziono ślady cyjanobakterii. Picie wody z tych zbiorników groziło zatruciem, nawet jeśli woda została przegotowana, mówi profesor David Lentz. Odkryliśmy dwa typy cyjanobakterii, które wytwarzają toksyczne związki chemiczne. Zła wiadomość jest taka, że są one odporne na gotowanie. To zaś powodowało, że woda w tych zbiornikach była toksyczna, stwierdza uczony. Dodaje, że jest mało prawdopodobne, by Majowie używali tej wody. Musiała ona wyglądać obrzydliwie i smakować obrzydliwie. Musiały występować na niej wielkie zakwity. Nikt nie chciałby pić tej wody, dodaje profesor Kenneth Tankersley.
      W innych zbiornikach, położonych dalej od centrum, również stwierdzono obecność toksycznych, chociaż niższych, poziomów rtęci.
      Do opuszczenia Tikal przyczynił się prawdopodobnie cały szereg czynników społecznych, ekonomicznych i politycznych. A kwestie środowiskowe również odegrały tutaj swoją rolę. Część roku była deszczowa i wilgotna. Jednak przez większą jego część jest sucho, brakuje opadów. Mieszkańcy Tikal mieli więc problem z wodą, mów Lentz.
      Umieszczone w centralnym punkcie miasta wielkie zbiorniki na wodę odgrywały ważną rolę. To musiał być wspaniały widok, gdy jaskrawo pomalowane budynki odbijały się na powierzchni zbiorników. Władcy Majów nadali sobie, wśród innych rzeczy, przywilej kontrolowania źródeł wody. Mieli specjalny związek z bogami deszczu. Zbiorniki były ważnym symbolem, mówi profesor Nicholas Dunning. Dlatego też te najważniejsze umieszczono w pobliżu pałacu i centralnej świątyni.
      Naukowcy połączyli rtęć, która zatruła wodę, z działalnością ludzi. Majowie uwielbiali cynober, minerał, z którego pozyskiwano czerwony barwnik. Problem w tym, że składa się on z siarczku rtęci. Dla mieszkańców Tikal źródłem cynobru była pobliska wulkaniczna Formacja Wszystkich Świętych. Naukowcy wykluczyli, by rtęć przedostała się do zbiorników z podłoża i skał, wykluczyli też popiół wulkaniczny. Jedynym jej źródłem mógł być więc barwnik. To oznacza, że rtęć ma pochodzenie antropogeniczne, mówi Tankersley.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Tapiry amerykańskie (Tapirus terrestris), a właściwie ich odchody, mogą być kluczem do odtworzenia lasów deszczowych w południowo-wschodniej Amazonii, którym zagrażają fragmentacja, pożary podszytu czy ekstremalne zdarzenia klimatyczne. By przedsięwzięcie się udało, tapiry muszą jednak wesprzeć koprofagi.
      Prof. Lucas Paolucci z Instituto de Pesquisa Ambiental da Amazônia Paolucci, współautor artykułu z pisma Biotropica z marca zeszłego roku, podkreśla, że odchody tapirów są pełne nasion. Tapiry są znane jako ogrodnicy lasów. Żerują na owocach ponad 300 gatunków roślin, a później przemieszczają się po dżungli z żołądkiem pełnym nasion, w tym należących do dużych, magazynujących dwutlenek węgla drzew.
      W 2016 r. Paolucci dołączył do badaczy analizujących rolę tapirów w regeneracji siedlisk leśnych zmienionych/zniekształconych (dotkniętych zjawiskami klęskowymi). Ekipa przeprowadziła eksperyment we wschodnim Mato Grosso, gdzie w latach 2004-10 dwie powierzchnie leśne wypalano według różnych schematów: jedną palono każdego roku, a drugą co trzy lata. Trzecie poletko (kontrolne) zostawiano nietknięte.
      Naukowcy odnotowali położenie 163 kupek nawozu i porównywali je z nagraniami tapirów z kamer pułapkowych. Następnie oddzielili z odchodów nasiona, łącznie 129.204 (należały one do 24 gatunków roślin). Nagrania pokazały, że tapiry spędzały na spalonych obszarach o wiele więcej czasu niż w nietkniętym lesie. Paolucci sądzi, że prawdopodobnie korzystają ze słońca. Co więcej, T. terrestris znacznie częściej wypróżniały się na spalonym obszarze, zostawiając tam ponad 3-krotnie więcej nasion w przeliczeniu na hektar (9.822/ha vs. 2950/ha).
      Kilka miesięcy po publikacji wyników, w sierpniu zeszłego roku, w Amazonii wybuchła seria pożarów o niespotykanym nasileniu. To w jeszcze większym stopniu zmotywowało Paolucciego do zrozumienia roli tapirów w regeneracji lasów. Paolucci wiedział jednak, że tapiry nie zrobią wszystkiego same. Muszą im pomóc koprofagi, które roznoszą odchody, a przy okazji nasiona. Jak napisał Paolucci w przesłanym nam mailu, pomóc może właściwie każdy gatunek usuwający nawóz, a w konsekwencji nasiona.
      Owady zakopują małe grudki odchodów jako zapasy na później, a to jak można się domyślić, wspomaga kiełkowanie nasion.
      Na początku 2019 r. Paolucci wrócił do Amazonii, by zebrać 20 kg odchodów tapirów. Podzielił je później na 700-g kupki. Do każdej włożył koraliki z tworzywa sztucznego, które miały przypominać nasiona. Na końcu przetransportował wszystko z powrotem w teren. Po upływie doby naukowiec zebrał resztki i policzył, ile koralików zostało. Brakujące zostały zapewne rozniesione przez chrząszcze. Paolucci liczy, że wyniki jego badań zostaną opublikowane w przyszłym roku.
      Amazońscy ranczerzy są zazwyczaj zobowiązani do zachowania na swoim terenie 80% naturalnej pokrywy leśnej, jednak wiele drzew jest wycinanych nielegalnie, a nowe nasadzenia nie mają już miejsca. Tapiry mogą, wg profesora, być tanim sposobem na wspomaganie reforestacji.
      Naukowcy przypominają jednak, że liczebność populacji tapira amerykańskiego, jedynego szeroko rozpowszechnionego tapira w Amazonii, spada i obecnie gatunek jest uznawany za narażony na wyginięcie. Dzieje się tak przez utratę habitatu i polowania.
       

       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kwas ursolowy, który występuje m.in. w skórce jabłek, w żurawinie czy w ziołach, np. szałwii lekarskiej, zatrzymuje uszkodzenia i wspiera procesy naprawy w stwardnieniu rozsianym (SR). Działa więc zarówno immunomodulująco, jak i neuroregeneracyjnie.
      Badania przeprowadzone na modelu mysim oraz ex vivo pokazują, że naturalny przeciwzapalny triterpen kwas ursolowy ogranicza dalsze uszkodzenia i pomaga odbudować osłonkę mielinową.
      Chociaż dowody są na razie wstępne - dane pochodzą ze zwierzęcego modelu choroby - zachęcająco jest widzieć związek, który zarówno zatrzymuje postępy SR, jak i naprawia uszkodzenia w laboratorium - podkreśla prof. Guang-Xian Zhang z Uniwersytetu Thomasa Jeffersona. Potrzebne są kolejne badania dot. bezpieczeństwa tego związku - dodaje dr A.M. Rostami.
      Naukowcy wykorzystali oczyszczoną postać kwas ursolowego. W wielu eksperymentach analizowano przypadki myszy w fazie ostrej [...]. My zaś testowaliśmy, czy kwas ursolowy jest skuteczny w fazie chronicznej, gdy występują już przewlekłe uszkodzenia tkanki ośrodkowego układu nerwowego.
      Amerykanie wykorzystali mysi model SR, który rozwija się powoli w ciągu życia, oddając przebieg choroby u ludzi. Około 12. dnia u myszy rozpoczyna się faza ostra, gdy pojawiają się symptomy, takie jak częściowy paraliż, i gdy dostępne obecnie leki są najskuteczniejsze. Naukowcy rozpoczęli jednak terapię dopiero 60. dnia, na o wiele bardziej zaawansowanym etapie choroby, gdy w mózgu i rdzeniu rozwinęły się już przewlekłe uszkodzenia tkanek.
      Autorzy publikacji z pisma PNAS leczyli gryzonie przez 60 dni. Poprawa zaczęła być widoczna po 20 dniach terapii. Myszy, które były sparaliżowane na początku eksperymentu, odzyskały zdolność chodzenia (z pewnymi problemami).
      To nie lekarstwo, ale jeśli zobaczymy podobną reakcję u ludzi, mogłaby to być znacząca zmiana jakości życia. Najważniejsze jest odwrócenie objawów, którego przy innych terapeutykach nie widzieliśmy na tak późnym etapie choroby - podkreśla Zhang.
      Naukowcy oceniali, jak kwas ursolowy wpływa na komórki. Zaobserwowali, że hamuje limfocyty Th17, które odgrywają ważną rolę w patologicznej reakcji autoimmunologicznej w SR. Dodatkowo triterpen ten aktywuje komórki prekursorowe, by dojrzewały w wytwarzające osłonki mielinowe oligodendrocyty. Ten efekt jest najważniejszy. Oligodendrocytów jest w SR za mało, a komórki, z których powstają, są uśpione i niezdolne do dojrzewania. Kwas ursolowy pomaga je aktywować [...].
      Następnym etapem badań mają być testy bezpieczeństwa. Kwas ursolowy jest dostępny jako suplement, ale w większych dawkach może być toksyczny. Przed rozpoczęciem pierwszych testów klinicznych czeka nas jeszcze sporo badań - podsumowuje Rostami.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Clostridioides difficile to przyczyna jednego z najczęstszych zakażeń szpitalnych - biegunki poantybiotykowej. Biegunka ta może się rozwinąć do rzekomobłoniastego zapalenia jelit i rozdęcia okrężnicy. Często kończy się to śmiercią. Ostatnio naukowcy odkryli, że toksyna C. difficile uszkadza komórki macierzyste okrężnicy (ang. colonic stem cells, CoSC), przez co nie wykonują one swojego zadania - nie regenerują wyściółki jelita. To groźne zjawisko, zwłaszcza dla starszych osób.
      [...] Toksyna B (TcdB) obiera na cel CoSC i bezpośrednio je uszkadza - wyjaśnia prof. Dena Lyras z Monash University. Upośledza to naprawę tkanek jelita i proces zdrowienia. Podczas gdy normalnie proces regeneracji wyściółki jelita zajmuje 5 dni, tu może potrwać [nawet] ponad 2 tygodnie. Wskutek tego pacjenci, zwłaszcza w wieku powyżej 65 lat i z chorobami współistniejącymi, są narażeni na ból, zagrażającą życiu biegunkę i inne poważne problemy.
      Rozumiejąc ten nowy mechanizm uszkodzenia i naprawy, być może będziemy w stanie znaleźć metodę zapobiegania uszkodzeniu albo opracować nowe terapie - uważa dr Thierry Jardé.
      D. difficile może być transmitowana ze zwierząt na ludzi i na odwrót. Jest też ujawniana u pacjentów, którzy nie byli ostatnio w szpitalu ani nie przeszli antybiotykoterapii.
      Nasze badanie zapewnia pierwsze bezpośrednie dowody, że zakażenie zmienia sprawność funkcjonalną komórek macierzystych jelita. Pozwala nam ono nieco lepiej zrozumieć naprawę jelita po infekcji i ustalić, czemu superbakteria powoduje tak ciężkie uszkodzenia. Ma to tym większe znaczenie, że nasze możliwości antybiotykoterapii coraz bardziej się wyczerpują i dlatego musimy znaleźć inne metody zapobiegania i leczenia tych zakażeń - dodaje prof. Helen Abud.
      Naukowcy uważają, że wyniki mogą się także odnosić do innych podobnie przebiegających infekcji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Już wkrótce elektrownia węglowa Dry Fork znajdująca się w pobliżu miasteczka Gillette w stanie Wyoming będzie wykorzystywała dwutlenek węgla do produkcji materiałów budowlanych. W marcu w elektrowni rozpoczyna się program pilotażowy, w ramach którego CO2 będzie zmieniane w betonowe bloczki.
      Eksperyment prowadzony będzie przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA). Przez try miesiące każdego dnia będą oni odzyskiwali 0,5 tony dwutlenku węgla i wytwarzali 10 ton betonu. To pierwszy system tego typu. Chcemy pokazać, że można go skalować, mówi profesor Gaurav Sant, który przewodzi zespołowi badawczemu.
      Carbon Upcycling UCLA to jeden z 10 zespołów biorących udział a ostatnim etapie zawodów NRG COSIA Carbon XPrize. To ogólnoświatowe zawody, których uczestnicy mają za zadanie opracować przełomową technologię pozwalającą na zamianę emitowanego do atmosfery węgla na użyteczny materiał.
      W Wyoming są jeszcze cztery inne zespoły, w tym kanadyjski i szkocki. Pozostałych pięć drużyn pracuje w elektrowni gazowej w Kanadzie. Wszyscy rywalizują o główną nagrodę w wysokości 7,5 miliona dolarów. Zawody zostaną rozstrzygnięte we wrześniu.
      Prace UCLA nad nową technologią rozpoczęto przed około 6laty, gdy naukowcy przyjrzeli się składowi chemicznemu... Wału Hadriana. Ten wybudowany w II wieku naszej ery wał miał bronić Brytanii przed najazdami Piktów.
      Rzymianie budowali mur mieszając tlenek wapnia z wodą, a następnie pozwalając mieszaninie na absorbowanie CO2 z atmosfery. W ten sposób powstawał wapień. Proces taki trwa jednak wiele lat. Zbyt długo, jak na współczesne standardy. Chcieliśmy wiedzieć, czy reakcje te uda się przyspieszyć, mówi Guarav Sant.
      Rozwiązaniem problemu okazał się portlandyt, czyli wodorotlenek wapnia. Łączy się go z kruszywem budowlanym i innymi materiałami, uzyskując wstępny materiał budowlany. Następnie całość trafia do reaktora, gdzie wchodzi w kontakt z gazami z komina elektrowni. W ten sposób szybko powstaje cement. Sant porównuje cały proces do pieczenia ciastek. Mamy oto bowiem mokre „ciasto”, które pod wpływem temperatury i CO2 z gazów kominowych zamienia się w użyteczny produkt.
      Technologia UCLA jest unikatowa na skalę światową, gdyż nie wymaga kosztownego etapu przechwytywania i oczyszczania CO2. To jedyna technologia, która bezpośrednio wykorzystuje gazy z komina.
      Po testach w Wyoming cała instalacja zostanie rozmontowana i przewieziona do National Carbon Capture Center w Alabamie. To instalacja badawcza Departamentu Energii. Tam zostanie poddana kolejnym trzymiesięcznym testom.
      Na całym świecie wiele firm i grup naukowych próbuje przechwytywać CO2 i albo go składować, albo zamieniać w użyteczne produkty. Jak wynika z analizy przeprowadzonej przez organizację Carbon180, potencjalna wartość światowego rynku odpadowego dwutlenku węgla wynosi 5,9 biliona dolarów rocznie, w tym 1,3 biliona to produkty takie jak cementy, asfalty i kruszywa budowlane. Zapotrzebowanie na takie materiały ciągle rośnie, a jednocześnie coraz silniejszy akcent jest kładziony na redukcję ilości węgla trafiającego do atmosfery. To zaś tworzy okazję dla przedsiębiorstw, które mogą zacząć zarabiać na przechwyconym dwutlenku węgla.
      Cement ma szczególnie duży ślad węglowy, gdyż jego produkcja wymaga dużych ilości energii. Każdego roku na świecie produkuje się 4 miliardy ton cementu, a przemysł ten generuje około 8% światowej emisji CO2. Przemysł cementowy jest tym, który szczególnie trudno zdekarbonizować, brak więc obecnie efektywnych rozwiązań pozwalających na zmniejszenie emisji węgla. Technologie wykorzystujące przechwycony CO2 mogą więc wypełnić tę lukę.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...