荷蘭建築維修公司最小員工是細菌,能補牆不懈怠還兼具環保

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 26 日 0:00 | 分類 材料 , 環境科學 , 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


提起荷蘭,我們會想到鬱金香和風車。實際上,其風景名勝也別有一番風情,比如曾經的荷蘭皇家避暑山莊羅宮(Het Loo Palace)。

位於阿培爾頓(Apeldoorn)的羅宮,建於 1684-1686 年間,一座巴洛克風格庭院被森林環抱。羅宮最初為英格蘭國王威廉三世和瑪麗二世而建造,之後則一直是荷蘭皇室的夏宮。1984 年,羅宮成為了一座國家博物館。為使遊客們最大程度地感受羅宮在 17 世紀時的魅力,政府十分注重建築的修繕工作。

而近日,《自然-生物技術》(Nature Biotechnology)的一篇報導介紹了羅宮修復過程中涉及到的一項將建築業與生物學聯繫起來的技術——環保生物混凝土。

細菌修復建築裂縫

參與羅宮翻新計畫的,是一家總部位於荷蘭代爾夫特(Delft)的生物科技初創公司 Green Basilisk。

經由 LinkedIn 了解,Green Basilisk 公司擁有自修復混凝土專利,該公司擅長用微生物產生的碳酸鈣修復牆體的裂縫。據稱,該公司目前已經可以完成對 0.8 mm 裂縫的修復。

可以看出,Green Basilisk 正是透過這種特殊的技術修繕羅宮建築。

首先,我們要了解修繕建築牆體的重要性。

建築業要想評判混凝土的品質,其中一項關鍵指標便是混凝土的抗壓強度,而這又受到水泥強度和水灰比的制約。

通常來講,混凝土是一種抗壓強度相對較高的材料,但混凝土中出現微小的裂縫也並非能完全避免。

出現裂縫,則會造成滲水,埋置在混凝土中的鋼筋受到腐蝕,整個結構便會受到削弱。因此,解決裂縫這項工程不容小覷,一旦裂縫無法修復,建築結構只能被廢棄,大量的垃圾也便產生了。

那麼,微生物怎樣做到修復牆體呢?

據《自然-生物技術》報導稱,Green Basilisk 在混凝土中加入了細菌孢子和乳酸鈣。

其中,細菌孢子可以在幾年內都保持著「休眠」的狀態,等到牆體開始有裂縫、出現滲水的情況時,這些孢子便會被「喚醒」──開始消化乳酸,釋放二氧化碳。

至此,大多數人已經忘得差不多的化學原理要派上用場了:在混凝土內部,二氧化碳(CO₂)和鈣離子(Ca₂+)結合,形成固體碳酸鈣(CaCO₃)。

此番變化過後,不出一個月牆體中的裂縫便修復了。

據了解,Green Basilisk 聯合創始人、來自世界頂尖理工院校之一代爾夫特理工大學的 Henk Jonkers 表示,為尋找一種能在如此惡劣的環境中茁壯成長的天然細菌,團隊用了數年時間。而尋找天然細菌,原因就在於:

考慮到法律的限制,利用基因工程得到的細菌進行研究會非常困難。

最終,研究團隊在西班牙北部沙漠地區和俄羅斯的一個鹼性湖泊中發現了 3 種桿菌的菌株,並證實它們可以在混凝土中產生新鮮碳酸鈣。

不過,該公司現在還有一個新目標──開發另外一種能代替乳酸菌、降低成本的物質。

原因就在於,普通混凝土的價格為每立方公尺 68-91 美元,而公司研製出的環保生物混凝土每立方公尺還要貴 46 美元,這可能會使得一些消費者望而卻步。

不過 Henk Jonkers 認為,考慮到普通混凝土的其他修繕費用,生物混凝土的性價比是比較高的。

環保建築新風潮

實際上,除了上述 Green Basilisk 的自修復混凝土,目前全球範圍內也有幾家公司開始探索如何將生物學和建築業進行結合,進而追逐環保建築的新浪潮。

如下表所示,目前環保建築材料的設計主要有兩種思路:

  • 細菌技術(Bacterial technologies):可製造混凝土修復劑、生物水泥等;
  • 真菌技術(Fungal technologies):可製造室內瓷磚、裝飾板、泡沫等。

(Source:Nature Biotechnology

之所以要研發環保建築,原因就在於當前建築業對環境造成的巨大壓力──世界範圍內的水泥產量每年都超過 40 億噸,這帶來的二氧化碳排放量在世界二氧化碳總排放量中的占比達到 8% 左右。與之相反的是,基於生物的建築材料可以隔離大氣中的二氧化碳。

此外,傳統建築材料和環保建築材料之間還有一個區別──吸碳能力。

僅僅是拿木材來講,相比一眾傳統建築結構,木結構可完全降解、再生,已經在環保方面彰顯了巨大優勢。然而,相比利用細菌、真菌研發出的材料,其吸碳能力就顯得很弱。

基於上述原因,越來越多建築公司也開始關注、嘗試生物建築材料。

2015 年,英國一家建築公司 Costain 在 一個道路改造計畫中試驗了 4 種自癒合混凝土技術,其中之一便是類似 Green Basilisk 公司的細菌孢子混凝土技術。

不過,Costain 公司在同一個計畫中選定 4 家供應商進行試驗,自然不只是為了改造道路。

Costain 參與了英國一個價值 600 萬美元的「生物彈性材料」(RM4L)研究計畫,旨在開發自修復建築材料和能夠辨識損傷的嵌入式感測器。

RM4L 計畫負責人、巴斯大學微生物學家 Susanne Gebhard 也曾表示:

我們正在嘗試把混凝土改造成一個生物系統,能自動探測損傷,然後自我修復。

據介紹,RM4L 計畫的大部分工作都集中在化學、材料科學方面,但是 Susanne Gebhard 及其團隊也正在探索細菌、營養物質和混凝土之間的相互作用,以期找到超越現有系統的組合。比如,研究團隊已經將一種 B. cohnii 細菌的孢子封裝在充氣的混凝土顆粒中,將其覆蓋在防水的聚乙烯醇殼中。

這裡需要說明的是,封裝是為了避免「觸發」細菌,直到外殼出現裂縫、水接觸到孢子,細菌才能被「喚醒」。在此基礎之上,研究人員在混凝土顆粒中加入了含有酵母提取物和硝酸鈣的生長培養基,發現細菌裂縫的癒合效果增強。

就目前而言,設計生物建築材料還是一件小眾的事,但正如美國科羅拉多大學博爾德分校土木工程師 Wil Srubar III 所說:

這個領域剛起步,但也在迅速發展。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Natataek at English Wikivoyage / CC BY-SA

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