Představte si dálniční most nebo mrakodrap, který, když se v něm objeví trhlina, se dokáže sám zacelit podobně, jako když se hojí rána na lidské kůži. Zní to jako hudba vzdálené budoucnosti, ale samoopravitelný biologický beton je již realitou. Slibuje revoluci v tom, jak stavíme a jak dlouho naše stavby vydrží, přičemž může ušetřit ohromné částky za údržbu a výrazně snížit ekologickou stopu stavebního průmyslu.
Beton není nesmrtelný
Beton je sice nejvyužívanějším stavebním materiálem na planetě, ale není nesmrtelný. Jeho největším nepřítelem je tah a s ním spojený vznik prasklin. Do těchto mikrotrhlin, které jsou zpočátku okem neviditelné, vniká voda a agresivní chemikálie (například posypové soli). Jakmile se vlhkost dostane k ocelové výztuži uvnitř, spustí se koroze. Rez má větší objem než původní ocel, což vytváří obrovský vnitřní tlak, který beton nakonec roztrhá. V tu chvíli už je oprava nejen drahá, ale často i technologicky velmi náročná.
)
Jak probudit stavbu k životu
Řešení tohoto problému přinesl tým pod vedením mikrobiologa Henka Jonkerse z Technické univerzity v Delftu v Nizozemsku. Jejich nápad byl geniálně jednoduchý: zabudovat do betonu opravný mechanismus, který bude čekat na svůj čas. Tímto mechanismem jsou speciálně vybrané bakterie, nejčastěji rodu Bacillus (například Bacillus pseudofirmus nebo Bacillus cohnii).
Tyto mikroorganismy jsou skutečnými extrémofily. Aby přežily vysoce alkalické (zásadité) prostředí uvnitř betonu a samotný proces míchání, jsou schopny vytvořit odolné spóry. V tomto „uspaném“ stavu dokážou bez vody a živin přečkat i desítky let.
)
Od praskliny k novému vápenci
Proces hojení se nespustí sám od sebe, potřebuje impuls. A tím je paradoxně to, co beton nejvíce ničí – voda.
1. Zapouzdření spór a živin: Příprava směsi
Do běžné betonové směsi se přidávají drobné kapsle (často z biologicky rozložitelného plastu nebo expandovaného jílu). Uvnitř se skrývají bakteriální spóry a jejich potrava – mléčnan vápenatý (kalcium laktát).
2. Vznik trhliny: Kritický moment
Při zatížení konstrukce, změnách teplot nebo sedání stavby vznikne v betonu prasklina. Zpočátku může být široká jen zlomky milimetru.
3. Probuzení bakterií: Voda jako spouštěč
Do trhliny vnikne dešťová nebo vzlínající voda. Voda rozpustí kapsle v bezprostředním okolí praskliny a probudí bakterie z hibernace.
4. Produkce vápence: Aktivní fáze hojení
Bakterie začnou okamžitě konzumovat připravený mléčnan vápenatý. Odpadním produktem tohoto biologického procesu je pevný kalcit (uhličitan vápenatý).
5. Zacelení rány: Uzavření cesty
Krystaly kalcitu postupně narůstají na stěnách trhliny, až ji po zhruba třech týdnech zcela vyplní a utěsní. Voda a soli se k ocelové výztuži nedostanou a koroze je zastavena.
Tento proces dokáže efektivně a trvale uzavřít trhliny o šířce až 0,8 milimetru.
)
Cena za nesmrtelnost
Ačkoli je technologie bio-betonu úžasná, její masivní nasazení má zatím jednu zásadní překážku: totiž cenu. Přidání speciálních kapslí s bakteriemi prodražuje kubík betonu zhruba na dvojnásobek oproti standardním směsím.
Proč by tedy měl někdo stavět dvakrát dráž? Odpovědí jsou náklady životního cyklu (LCC). U velkých infrastrukturních projektů, jako jsou mosty, tunely nebo opěrné zdi v moři, tvoří samotná stavba jen část celkových nákladů. Obrovské částky (často převyšující původní investici) padnou během desetiletí na nutnou údržbu, uzavírky a sanace. Bio-beton tyto náklady dramaticky snižuje, protože zkrátka nevyžaduje tak časté opravy.
Ekologický přínos: Méně betonu, čistší vzduch
Výhody však nekončí jen u ušetřených peněz. Výroba cementu je jedním z největších znečišťovatelů naší planety – podílí se na celosvětových emisích oxidu uhličitého neuvěřitelnými 8 %.
Pokud díky zabudovanému samoopravnému mechanismu prodloužíme životnost betonových konstrukcí ze současných 50 na 80 nebo 100 let, nebudeme je muset tak často bourat a stavět znovu. To představuje masivní úsporu emisí a surovin, které by jinak byly k výrobě nového betonu potřeba. Bio-beton se tak stává nejen chytrým stavebním materiálem, ale i důležitým nástrojem v boji proti klimatickým změnám.
Zdroj: TU Delft: The enormous potential of self-healing bio-concrete; Self-healing of Concrete by Bacterial Mineral Precipitation; Heron Journal; ResearchGate; NWO
