Inovatívna forma ľadu prekonáva pevnosťou aj betón a prináša úplne nové možnosti pre stavebníctvo

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Zmes ľadu, celulózy a proteínov odoláva tlaku 10-krát lepšie ako bežný ľad.

• Nový kompozit dokáže pred svojím rozpadom absorbovať 70-krát viac mechanickej energie.

• Materiál pri nadmernej záťaži nepraská, ale vďaka vnútornej sieti sa postupne deformuje.

Obyčajný ľad predstavuje mimoriadne lacný a dostupný stavebný materiál s jednou zásadnou slabinou. Jeho štruktúra je veľmi krehká, čo spôsobuje, že aj malá trhlina sa dokáže rýchlo rozšíriť a viesť k náhlemu roztriešteniu celej masy. Výskumníci z Hebrejskej univerzity sa preto inšpirovali historickým projektom z druhej svetovej vojny, kedy inžinieri testovali zmes ľadu a drevnej buničiny.

Súčasný vedecký tím posunul túto myšlienku na molekulárnu úroveň a vytvoril kompozit nazvaný Biopykrete. Tento inovatívny materiál spája vodu s nanocasticami celulózy, ktoré bežne tvoria základnú opornú štruktúru rastlín. Samotné zmiešanie týchto dvoch zložiek však neposkytuje dostatočnú odolnosť, preto vedci zapojili do procesu biologické inžinierstvo. Vyvinuli špeciálny chimérický proteín, ktorý produkuje laboratórne upravená baktéria.

Tento proteín funguje ako presné molekulárne lepidlo, pretože jedna jeho časť sa špecificky viaže na ľadové kryštály a druhá na celulózu. Po zmrazení pripravenej zmesi vytvoria častice celulózy pevnú trojrozmernú sieť, ktorú proteínové väzby bezpečne ukotvia v štruktúre ľadu. Týmto spôsobom vzniká materiál, ktorého mechanické vlastnosti ďaleko presahujú obmedzenia jeho jednotlivých zložiek.

Laboratórne testy preukázali, že prítomnosť tejto molekulárnej siete zásadne mení základné fyzikálne správanie zamrznutej vody. Biopykrete dosahuje v tlaku 10-násobne vyššiu pevnosť ako čistý ľad, čím sa prekvapivo vyrovná bežnému betónu. Ak v materiáli pri extrémnej záťaži predsa len vznikne trhlina, celulózová sieť zafunguje ako fyzická bariéra a zabráni jej ďalšiemu šíreniu.

Vďaka tomu dokáže kompozit absorbovať až 70-krát viac mechanickej energie, než dôjde k jeho úplnému zlyhaniu. Namiesto nebezpečného roztrieštenia na ostré úlomky sa materiál pri kritickom zaťažení len postupne a bezpečne deformuje. Produkcia tohto zosilneného ľadu otvára úplne nové možnosti pre stavebníctvo v extrémnych podmienkach Zeme i mimo nej. V polárnych oblastiach je dovoz štandardnej konštrukčnej ocele a cementu logisticky aj finančne mimoriadne náročný.

Nový materiál efektívne využíva lokálnu vodu a vyžaduje len prevoz malého množstva biologických zložiek. Výskumníci preto predpokladajú jeho využitie aj pri budúcich vesmírnych misiách, napríklad pri stavbe dočasných prístreškov na Marse. Z malej kultúry baktérií by sa priamo na mieste vyprodukoval potrebný proteín a jednoducho by sa zmiešal s dostupnými miestnymi zdrojmi.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Biopykrete ponúka ekologickú a extrémne lacnú alternatívu k betónu pre výstavbu infraštruktúry v polárnych oblastiach a podporuje stratégiu budovania dočasných obydlí vo vesmíre.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT