Το σκυρόδεμα είναι ένα από τα σημαντικότερα υλικά στον κόσμο. Όμως η παραγωγή του τσιμέντου, που λειτουργεί ως συνδετικό του, παράγει περίπου το 8% των ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα.
Αυτό δεν οφείλεται μόνο στη θερμότητα. Αυτή θα μπορούσε, κατ’ αρχήν, να παρέχεται με τρόπους φιλικούς προς το περιβάλλον. Η παραγωγή του διοξειδίου του άνθρακα είναι περισσότερο ενσωματωμένη στην ίδια τη χημεία της διαδικασίας. Η θερμότητα εφαρμόζεται στον ασβεστόλιθο, για να διασπάσει το κύριο συστατικό του, το ανθρακικό ασβέστιο, σε οξείδιο του ασβεστίου (το βασικό συστατικό του τσιμέντου) και CO2.
Σε έναν κόσμο που θερμαίνεται, αυτό το CO2 θα πρέπει να εκλύεται με τρόπο που να το κρατάει μακριά από την ατμόσφαιρα, πράγμα δύσκολο. Καλύτερα, λοιπόν, να μην το παράγουμε εξαρχής, αναδιαμορφώνοντας τον τρόπο με τον οποίο συνδέονται μεταξύ τους τα αδρανή που είναι το άλλο συστατικό του σκυροδέματος. Το ενδιαφέρον είναι ότι, στην προκειμένη περίπτωση, τα μικρόβια μπορούν να βοηθήσουν.
Μια πρόταση, τόσο κυριολεκτικά όσο και μεταφορικά πράσινη, είναι η επιστράτευση των φορτωμένων με χλωροφύλλη, φωτοσυνθετικών οργανισμών που ονομάζονται κυανοβακτήρια. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στην Prometheus Materials, μια εταιρεία στο Κολοράντο, να αναπτύξει μια διαδικασία παραγωγής τσιμέντου στην οποία η ενέργεια δεν προέρχεται από τη θερμότητα αλλά από το φως – κάτι που παράγεται εύκολα από την ηλεκτρική ενέργεια, η οποία με τη σειρά της παρέχεται από ανανεώσιμες πηγές. Επιπλέον, και ίσως πιο σημαντικό, η φωτοσύνθεση αφαιρεί από την ατμόσφαιρα CO2 αντί να προσθέτει.
Ας καλλιεργήσουμε το δικό μας σκυρόδεμα
Η Prometheus εκτρέφει τα βακτήρια της σε «βιοαντιδραστήρες» γεμάτους νερό, οι οποίοι περιβάλλονται από διόδους εκπομπής φωτός, ώστε να επιτρέπουν στα ζωύφια να φωτοσυνθέτουν. Το νερό περιέχει ανόργανα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονται τα βακτήρια και διαρρέεται από ρεύματα φυσαλίδων αέρα που παρέχουν το CO2. Έχει επίσης ιόντα ασβεστίου διαλυμένα σε αυτό -γιατί ο σκοπός της άσκησης είναι να ενθαρρύνει τα βακτήρια να δημιουργήσουν από τα συστατικά που παρέχονται κρυστάλλους ανθρακικού ασβεστίου διαμέτρου μερικών microns- μια διαδικασία που ονομάζεται βιομεταλλοποίηση.
Αν τους επιτρεπόταν, ο αριθμός των βακτηρίων στους βιοαντιδραστήρες θα διπλασιαζόταν κάθε τέσσερις έως έξι ώρες. Αντ’ αυτού, ποσότητες από αυτά μεταφέρονται τακτικά σε άλλη δεξαμενή. Εκεί, τους χορηγείται ένα διεγερτικό που επιταχύνει τη βιομεταλλοποίηση και στη συνέχεια αφήνονται να καθίσουν για μια ώρα περίπου για να ωριμάσουν. Όταν η πλούσια σε κρυστάλλους μάζα που προκύπτει αναμιγνύεται με ένα αδρανές υλικό, το προϊόν είναι «βιοσκυρόδεμα».
Το βιοσκυρόδεμα κυκλοφορεί σε πολλές ποικιλίες, ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο αδρανές υλικό. Προς το παρόν, η Prometheus εναποθέτει τις ελπίδες της στην ανάμειξη της γλίτσας με άμμο, μαζί με τη λεγόμενη υδρογέλη (σκεφτείτε τα ζελεδάκια των παιδικών πάρτι, μόνο πιο βιομηχανικά), η οποία βοηθά περαιτέρω στη σύνδεση των κόκκων άμμου μεταξύ τους.
Για να μειωθεί ο χώρος μεταξύ των κόκκων στο μείγμα και να ενισχυθεί έτσι το υλικό που προκύπτει, η εταιρεία χύνει πρώτα το μείγμα σε εκμαγεία που θα το διαμορφώσουν σε τσιμεντόλιθους και στη συνέχεια χρησιμοποιεί μηχανήματα που τους συμπιέζουν και, για περίπου δέκα δευτερόλεπτα, «τους δονούν», λέει ο Loren Burnett, επικεφαλής της Prometheus. Οι τσιμεντόλιθοι που προκύπτουν χρειάζονται περίπου οκτώ ημέρες για να σκληρυνθούν, σε σύγκριση με 28 ημέρες γι’ αυτούς που παράγονται συμβατικά.
Η Prometheus λέει ότι η παραγωγή σκυροδέματος με αυτόν τον τρόπο εκπέμπει το ένα δέκατο του CO2 που παράγεται από τη συμβατική παραγωγή σκυροδέματος. Ο κ. Burnett ελπίζει ότι η διαδικασία θα επιτρέψει στην εταιρεία να χρεώσει ένα «πράσινο τέλος» – διότι οι νέοι τσιμεντόλιθοι δεν είναι φθηνότεροι από τους συμβατικούς. Δεν θα βασιστεί, ωστόσο, στην καλή θέληση της κατασκευαστικής βιομηχανίας για να συμβεί αυτό. Πολλές δικαιοδοσίες, συμπεριλαμβανομένων των πολιτειών της Καλιφόρνια, του Όρεγκον και της Ουάσινγκτον, προωθούν κανονισμούς που θα ευνοούν το σκυρόδεμα “μειωμένου άνθρακα”.
Το πόσο θα πρέπει να είναι το τέλος για να επιτρέψει την επίτευξη κέρδους δεν είναι ακόμη σαφές, αλλά θα γίνει μόλις η Prometheus μεταφέρει την παραγωγή από το εργαστήριό της σε μια πιλοτική μονάδα παραγωγής σε κοντινή απόσταση – μια κίνηση που αναμένεται να ολοκληρωθεί στις αρχές του επόμενου έτους. Τούτου λεχθέντος, η εταιρεία ελπίζει να μειώσει τελικά το κόστος σε σημείο που να ανταγωνίζεται τους συμβατικούς κατασκευαστές τσιμέντου και στην τιμή.
Ένα άγνωστο στοιχείο είναι πόσο διαπερατό στο νερό θα αποδειχθεί το νέο υλικό. Αλλά το υλικό είναι σίγουρα ισχυρό. Πρόσφατες παρτίδες έχουν αντέξει πιέσεις 380kg ανά τετραγωνικό εκατοστό – περισσότερο από ό,τι μπορούν να αντέξουν ορισμένα συμβατικά σκυροδέματα. Οι πωλήσεις των τσιμεντόλιθων, αλλά και των τούβλων για ηχοπετάσματα για την απόσβεση του κυκλοφοριακού θορύβου (μια εφαρμογή που βασίζεται στην πεποίθηση ότι η υδρογέλη θα διαχέει τον ήχο καλύτερα από το συμβατικό σκυρόδεμα) αναμένεται να ξεκινήσουν στις αρχές του επόμενου έτους. Η διάθεση στην αγορά τμημάτων προκατασκευασμένων γεφυρών θα διαρκέσει λίγο περισσότερο, καθώς απαιτείται αυστηρότερη πιστοποίηση.
Η Prometheus λέει ότι το νέο της εργοστάσιο θα είναι σε θέση να παράγει σχεδόν 21.000 τσιμεντόλιθους το μήνα. Αλλά, επειδή η αποστολή βαρέων προϊόντων σε μεγάλες αποστάσεις είναι δαπανηρή, εργάζεται επίσης σε μια διαδικασία που στεγνώνει στον αέρα τόσο τα βακτήρια όσο και τους κρυστάλλους. Η ιδέα, λέει ο κ. Burnett, είναι να παραχθεί ένα μείγμα βιοτσιμέντου «μόνο με προσθήκη νερού» που θα είναι ελαφρύτερο από ένα συμβατικό μείγμα τσιμέντου και θα μπορεί έτσι να μεταφέρεται φθηνότερα.
Η ιδέα της οργανικής ανάπτυξης
Μια άλλη εταιρεία βιοτσιμέντου, η Biomason, του Research Triangle Park στη Βόρεια Καρολίνα, χρησιμοποιεί μια παρόμοια προσέγγιση, με τη διαφορά ότι τα βακτήρια της, τα Sporosarcina pasteurii, δεν φωτοσυνθέτουν, οπότε πρέπει να τροφοδοτούνται με οργανικά θρεπτικά συστατικά, με τη μορφή ζάχαρης και αμινοξέων, αλλά και με ανόργανα. Σύμφωνα με την Ginger Krieg Dosier, το αφεντικό της εταιρείας, το αποτέλεσμα είναι καλύτερο από το συμβατικό τσιμέντο στο να συνδέει τα λεπτά σωματίδια μεταξύ τους. Αυτό επιτρέπει στη Biomason να αντικαταστήσει με πράγματα όπως τα εξορυκτικά κατάλοιπα μέρος της άμμου που θα χρησιμοποιούνταν. Τα πρώτα προϊόντα της Biomason είναι πλακάκια τοίχου και δαπέδου με την επωνυμία «Biolith».
Οι εφαρμογές του βιοτσιμέντου εκτείνονται και πέρα από τις συμβατικές κατασκευές. Το Υπουργείο Άμυνας της Αμερικής, για παράδειγμα, έχει δείξει ενδιαφέρον. Στόχος του είναι να μπορεί να κατασκευάζει πράγματα σε απομακρυσμένες περιοχές χωρίς να χρειάζεται να μεταφέρει τσιμέντο και άλλα υλικά. Αυτό θα είναι διπλά πολύτιμο αν η περιοχή στην οποία πρέπει να γίνει η μεταφορά είναι εχθρική. Πράγματι, το υπουργείο Άμυνας έδωσε το έναυσμα για τη δημιουργία της Prometheus, δίνοντας στην ομάδα του Πανεπιστημίου του Κολοράντο που αργότερα ίδρυσε την εταιρεία επιχορήγηση ύψους 1,8 εκατ. δολαρίων το 2017.
Το υπουργείο συνεργάζεται επίσης, υπό την κάλυψη της Υπηρεσίας Προηγμένων Ερευνητικών Προγραμμάτων Άμυνας (Darpa) και του Εργαστηρίου Ερευνών της Πολεμικής Αεροπορίας, με τη Biomason για την ανάπτυξη ψεκασμών βιοτσιμέντου που μπορούν να μετατρέψουν την άμμο ή το χαλαρό χώμα σε διαδρόμους προσγείωσης και απογείωσης. Ο Michael Dosier, επικεφαλής τεχνολόγος της Biomason (και σύζυγος του αφεντικού), λέει ότι η σχετική σκλήρυνση θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί σε λιγότερο από 72 ώρες.
Ακόμα πιο ευφάνταστες χρήσεις βρίσκονται ακόμα στα χαρτιά. Σε μια ομιλία που έδωσε τον Αύγουστο στο Darpa Forward, ένα τεχνολογικό συνέδριο στο Fort Collins του Κολοράντο, η Kathleen Hicks, αναπληρώτρια υπουργός Άμυνας της Αμερικής, περιέγραψε έναν στόχο που είναι κυριολεκτικά εξωπραγματικός: τη δυνατότητα ψεκασμού ενός βακτηριακού υγρού σε σεληνιακό ή αρειανό ρεγκόλιθο, προκειμένου να «αναπτυχθεί ένας χώρος προσγείωσης».
Πίσω στη Γη, τα βιοτσιμέντα χρησιμοποιούνται ήδη για την σταθεροποίηση του χαλαρού εδάφους για άλλους λόγους εκτός της κατασκευής διαδρόμων. Μερικά από αυτά που επινοήθηκαν στη Σιγκαπούρη από ερευνητές του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Nanyang (ΝΤU) προορίζονται για την επιβράδυνση της διάβρωσης των ακτών.
Για να γίνει αυτό, το τμήμα πολιτικής και περιβαλλοντικής μηχανικής του NTU διαμορφώνει συνταγές που αναμιγνύουν θαλασσινό νερό, χλωριούχο ασβέστιο, ουρία και ένα ένζυμο από σόγια. Για ορισμένες παρτίδες, το χλωριούχο ασβέστιο και η ουρία έχουν επιτυχώς αντικατασταθεί, αντίστοιχα, από ιλύ καρβιδίου, ένα βιομηχανικό απόβλητο και ανθρώπινα ούρα.
Τα βιοτεχνολογικά υλικά του NTU είναι βολικά υδαρή και, μόλις ενσωματωθούν στο σκυρόδεμα, άχρωμα. Αυτό σημαίνει, λέει ο Chu Jian, πρόεδρος του τμήματος, ότι «αρκεί να ρίξετε το διάλυμα πάνω στην παραλία». Το Εθνικό Συμβούλιο Πάρκων της Σιγκαπούρης δοκιμάζει τα βιοτσιμέντα του NTU σε δύο παραλίες που φθείρονται από τα κύματα – η μία πλαισιώνει τη νότια ακτή της νησιωτικής πολιτείας, ενώ η άλλη βρίσκεται σε μια ομάδα υπεράκτιων νησίδων.
Γεμίζοντας τις ρωγμές
Ένα άλλο έξυπνο βακτηριακό παρασκεύασμα που προορίζεται για την κατασκευαστική βιομηχανία παράγεται από την Basilisk, μια εταιρεία στις Κάτω Χώρες. Το 2017 λάνσαρε ένα προϊόν που θεραπεύει τις ρωγμές στο σκυρόδεμα.
Το Basilisk Healing Agent αποτελείται από μικροσκοπικά σφαιρίδια που περιέχουν αποξηραμένους σπόρους από μια σειρά βακτηρίων που ανήκουν στα γένη Planococcus, Bacillus και Sporosarcina, μαζί με θρεπτικά συστατικά που περιλαμβάνουν πολυγαλακτικό οξύ. Οι εργάτες οικοδομών ρίχνουν τα σφαιρίδια στο συμβατικό τσιμέντο κατά την ανάμιξή του με νερό και αδρανή υλικά. Η υψηλή αλκαλικότητα του μη σκληρυμένου τσιμέντου εμποδίζει την υγρασία να ενεργοποιήσει τους σπόρους. Η αλκαλικότητα αυτή μειώνεται, ωστόσο, καθώς το σκυρόδεμα σκληραίνει. Αυτό σημαίνει ότι, εάν εμφανιστεί μια ρωγμή και εισέλθει νερό, οι σπόροι στα ενσωματωμένα σφαιρίδια είναι έτοιμοι να αναλάβουν δράση και να δημιουργήσουν ανθρακικό ασβέστιο. Αυτό γεμίζει τις ρωγμές με διάμετρο έως και ένα χιλιοστό, καταπνίγοντας δυνητικά επικίνδυνες ρωγμές εν τη γενέσει τους.
Κάτι τέτοιο όχι μόνο μειώνει το κόστος συντήρησης, αλλά σημαίνει και ότι το συγκεκριμένο σκυρόδεμα χρειάζεται να περιέχει λιγότερο οπλισμένο χάλυβα, καθώς η ποσότητα αυτού του «οπλισμού» που χρησιμοποιείται στο συμβατικό σκυρόδεμα προβλέπει την πρόσθετη αντοχή που θα χρειαστεί καθώς αναπόφευκτα σχηματίζονται ρωγμές. Ένα κυβικό μέτρο τυπικού σκυροδέματος απαιτεί έτσι 100-120 κιλά οπλισμού, με κόστος περίπου ένα δολάριο το κιλό. Σύμφωνα με τον Bart van der Woerd, το αφεντικό της Basilisk, η προσθήκη 5 κιλών σφαιριδίων της Basilisk μπορεί να μειώσει στο μισό αυτή την απαίτηση για ορισμένα έργα και θα σας κοστίσει μόνο 37 ευρώ (37 δολάρια).
Με αυτό τον τρόπο δεν εξοικονομούνται μόνο χρήματα, αλλά και εκπομπές CO2 – επειδή η παραγωγή χάλυβα από σιδηρομετάλλευμα είναι μια άλλη διαδικασία που απελευθερώνει αυτό το αέριο για θεμελιώδεις χημικούς λόγους και όχι απλώς για λόγους παραγωγής ενέργειας. (Το μετάλλευμα είναι οξείδιο του σιδήρου, και το οξυγόνο αφαιρείται από αυτό για να αφήσει μεταλλικό σίδηρο μέσω της αντίδρασής του με τον άνθρακα του κοκ). Λιγότερος χάλυβας ισοδυναμεί με λιγότερο CO2. Μερικές φορές λοιπόν, και ευτυχώς, είναι ο δρόμος προς τον παράδεισο, όχι αυτός προς την κόλαση, που είναι στρωμένος με καλές προθέσεις.
economist.com
