התשתיות תומכות ומקלות על חיי היומיום שלנו - חשוב על הכבישים שאנו נוסעים עליהם, על הגשרים והמנהרות המסייעים בהובלת אנשים ומשא, בבנייני המשרדים בהם אנו עובדים ועל הסכרים המספקים את המים שאנו שותים. אך אין זה סוד כי התשתית האמריקאית מזדקנת וזקוקה נואשת לשיקום.
מבני בטון, במיוחד, סובלים מהידרדרות קשה. סדקים נפוצים מאוד כתוצאה מתופעות כימיות ופיזיות שונות המתרחשות במהלך השימוש היומיומי. בטון מתכווץ כשהוא מתייבש, מה שעלול לגרום לסדקים. זה יכול להיסדק כאשר יש תנועה מתחת או בזכות מחזורי הקפאה / הפשרה במהלך העונות. פשוט לשים עליו יותר מדי משקל יכול לגרום לשברים. חמור מכך, מוטות הפלדה המשובצים בבטון כחיזוק עלולים להאשש לאורך זמן.
סדקים זעירים מאוד עלולים להזיק למדי מכיוון שהם מספקים דרך קלה לנוזלים וגזים - והחומרים המזיקים שהם עלולים להכיל. למשל, סדקי מיקרו יכולים לאפשר למים וחמצן לחדור ואז לאשש את הפלדה, מה שמוביל לכישלון מבני. אפילו פריצה דקה ברוחב השיער יכולה לאפשר מספיק מים פנימה כדי לערער את שלמות הבטון.
אך עבודות תחזוקה ותיקון רצופות הן קשות מכיוון שלרוב הן דורשות כמות אדירה של עבודה והשקעה.
אז מאז 2013, אני מנסה להבין כיצד הסדקים המזיקים הללו יכולים לרפא את עצמם ללא התערבות אנושית. הרעיון נוצר במקור בהשראת היכולת המדהימה של גוף האדם לרפא את עצמו מחתכים, חבורות ועצמות שבורות. אדם לוקח חומרים מזינים בהם הגוף משתמש כדי לייצר תחליפים חדשים לריפוי רקמות פגומות. האם באותו האופן, האם אנו יכולים לספק לבטון מוצרים נחוצים למילוי סדקים כאשר קורה נזק?
חברי לעבודה באוניברסיטת בינגהמטון גואנגוון ג'ו ודייויד דייויס, נינג ג'אנג מאוניברסיטת רוטגרס ומצאתי מועמד לא שגרתי שיעזור לבטון לרפא את עצמו: פטרייה בשם Trichoderma reesei .
חוקרים סקרו מספר פטריות וחיפשו מועמד שיכול לעזור במילוי סדקים מבטון. (קונגרוי ג'ין, CC BY-ND) בתחילה סקרנו כ 20 מינים שונים של פטריות כדי למצוא אחד שיכול לעמוד בתנאים הקשים בבטון. כמה שבידדנו משורשי צמחים שגדלו בקרקעות דלות חומרים מזינים, כולל מן האורן הניו ג'רזי והרי הרוקי הקנדיים באלברטה.
מצאנו שככל שהסידן הידרוקסיד מבטון מומס במים, ה- pH של מדיום הגידול הפטרייתי שלנו עלה מערך מקורי קרוב לניטראלי של 6.5 עד ל 13.0 בסיסי מאוד. מבין כל הפטריות שבדקנו, רק T. reesei יכול היה לשרוד את הסביבה הזו. למרות עליית החומציות הדרסטית, נבגיו נבקעו למיסליום היפאלי דמוי חוטים וגדלו באותה מידה עם או בלי בטון.
ברגע שהנבגים (משמאל) נובטים בתוספת מים, הם צומחים למיסליום מקפי דמוי חוט (מימין). (קונגרוי ג'ין, CC BY-ND) אנו מציעים לכלול נבגים פטרייתיים, יחד עם חומרים מזינים, בתהליך הערבוב הראשוני בבניית מבנה בטון חדש. כאשר הסדק הבלתי נמנע מתרחש והמים מוצאים את דרכם פנימה, נבגי הפטרייה הרדומים ינבצו.
עם צמיחתם הם יעבדו כזרז בתנאים העשירים בסידן של הבטון כדי לקדם משקעים של גבישי סידן פחמתי. מרבצי המינרלים הללו יכולים למלא את הסדקים. כאשר הסדקים מכוסים לחלוטין ולא יכולים להיכנס עוד מים, הפטריות שוב יווצרו נבגים. אם נוצרים שוב סדקים והתנאים הסביבתיים הופכים לטובים, הנבגים עלולים להתעורר ולחזור על התהליך.
T. reesei הוא ידידותי לסביבה ולא-פתוגני, ואינו מהווה סיכון ידוע לבריאות האדם. למרות הימצאותה הנפוצה בקרקעות טרופיות, אין דיווחים על תופעות לוואי בצמחים או בבעלי חיים ימיים או יבשתיים. למעשה, ל- T. reesei יש היסטוריה ארוכה של שימוש בטוח בייצור בקנה מידה תעשייתי של אנזימי פחמימות, כמו תאית, אשר ממלאת תפקיד חשוב בתהליכי התסיסה בזמן הייצור. כמובן שחוקרים יצטרכו לבצע הערכה יסודית כדי לחקור כל השפעה מיידית וארוכת טווח על הסביבה ובריאות האדם לפני השימוש בהם כסוכן ריפוי בתשתיות בטון.
מתכוני מלט עתידיים עשויים לכלול פטריות. (מידטאון קרוסינג בטרנר פארק, CC BY) אנו עדיין לא מבינים לגמרי את טכניקת התיקון הביולוגית הצעירה והמבטיחה הזו. בטון הוא סביבה קשה לפטרייה: ערכי pH גבוהים מאוד, מידות נקבוביות קטנות יחסית, חסרון לחות קשה, טמפרטורות גבוהות בקיץ וטמפרטורות נמוכות בחורף, זמינות מוגבלת של חומרים מזינים וחשיפה אפשרית לקרניים אולטרה סגולות מאור השמש. כל הגורמים הללו משפיעים באופן דרמטי על פעילות המטבולית של הפטרייה והופכים אותם לפגיעים למוות.
המחקר שלנו עדיין נמצא בשלב ראשוני ויש עוד דרך ארוכה כדי להפוך את הבטון לריפוי עצמי למעשי וחסכוני. אולם היקף האתגרים התשתיתיים האמריקניים הופך את הבדיקה לפתרונות יצירתיים כמו אלה כדאית.
מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation.
קונגרוי ג'ין, עוזר פרופסור להנדסת מכונות, אוניברסיטת בינגהמטון, אוניברסיטת מדינת ניו יורק
