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荷兰竟然用细菌修皇宫:很环保
2020-07-20 19:48:45  出处:雷锋网  作者:付静 编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接

提起荷兰,我们会想起郁金香和风车。

实际上,其风景名胜也别有一番风情,比如曾经的荷兰皇家避暑山庄罗宫(Het Loo Palace)。

位于阿培尔顿(Apeldoorn)的罗宫,建于 1684-1686 年间,一座巴洛克风格庭院被森林环抱。罗宫最初为英格兰国王威廉三世和玛丽二世而建造,之后则一直是荷兰皇室的夏宫。1984 年,罗宫成为了一座国家博物馆。

为使游客们最大程度地感受罗宫在 17 世纪时的魅力,政府十分注重建筑的修缮工作。

荷兰修皇宫:细菌能补墙、环保可持续

而近日,《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)的一篇报道介绍了罗宫修复过程中涉及到的一项将建筑业与生物学联系起来的技术——环保生物混凝土。

荷兰修皇宫:细菌能补墙、环保可持续

细菌修复建筑裂缝

参与罗宫翻新项目的,是一家总部位于荷兰代尔夫特(Delft)的生物科技初创公司 Green Basilisk。

雷锋网通过领英了解到,Green Basilisk 公司拥有自修复混凝土专利,该公司擅长用微生物产生的石灰石修复墙体的裂缝。据称,该公司目前已经可以实现对 0.8 mm 裂缝的修复。

可以看出,Green Basilisk 正是通过这种特殊的技术实现了对罗宫建筑的修缮。

首先,我们要了解修缮建筑墙体的重要性。

建筑业要想评判混凝土的质量,其中一项关键指标便是混凝土的抗压强度,而这又受到水泥强度和水灰比的制约。

通常来讲,混凝土是一种抗压强度相对较高的材料,但混凝土中出现微小的裂缝也并非是能完全避免的。

出现裂缝,则会造成渗水,埋置在混凝土中的钢筋受到腐蚀,整个结构便会受到削弱。因此,解决裂缝这项工程不容小觑,一旦裂缝无法修复,建筑结构只能被废弃,大量的垃圾也便产生了。

那么,微生物怎样做到修复墙体呢?

据《自然-生物技术》报道称,Green Basilisk 在混凝土中加入了细菌孢子和乳酸钙。

其中,细菌孢子可以在几年内都保持着“休眠”的状态,等到墙体开始有裂缝、出现渗水的情况时,这些孢子便会被“唤醒”——开始消化乳酸,释放二氧化碳。

至此,大多数人已经忘得差不多的化学原理要派上用场了:在混凝土内部,二氧化碳(CO2)和钙离子(Ca2)结合,形成固体碳酸钙(CaCO3)。

此番变化过后,不出一个月墙体中的裂缝便修复了。

据了解,Green Basilisk 联合创始人、来自世界顶尖理工院校之一代尔夫特理工大学的 Henk Jonkers 表示,为寻找一种能在如此恶劣的环境中茁壮成长的天然细菌,团队用了数年时间。而寻找天然细菌,原因就在于:

考虑到法律的限制,利用基因工程得到的细菌进行研究会非常困难。

最终,研究团队在西班牙北部沙漠地区和俄罗斯的一个碱性湖泊中发现了三种杆菌的菌株,并证实它们可以在混凝土中产生新鲜碳酸钙。

不过,该公司现在还有一个新目标——开发另外一种能代替乳酸菌、降低成本的物质。

原因就在于,普通混凝土的价格为每立方米 68-91 美元,而公司研制出的环保生物混凝土每立方米还要贵 46 美元,这可能会使得一些消费者望而却步。

不过 Henk Jonkers 认为,考虑到普通混凝土的其他修缮费用,生物混凝土的性价比是比较高的。

环保建筑新风潮

实际上,除了上述  Green Basilisk 的自修复混凝土,目前全球范围内也有几家公司开始探索如何将生物学和建筑业进行结合,从而追逐环保建筑的新浪潮。

如下表所示,目前环保建筑材料的设计主要有两种思路:

细菌技术(Bacterial technologies):可制造混凝土修复剂、生物水泥等;

真菌技术(Fungal technologies):可制造室内瓷砖、装饰板、泡沫等。

荷兰修皇宫:细菌能补墙、环保可持续

之所以要研发环保建筑,原因就在于当前建筑业对环境造成的巨大压力——世界范围内的水泥产量每年都超过了 40 亿吨,这带来的二氧化碳排放量在世界二氧化碳总排放量中的占比达到了 8% 左右。与之相反的是,基于生物的建筑材料可以隔离大气中的二氧化碳。

此外,传统建筑材料和环保建筑材料之间还有一个区别——吸碳能力。

仅仅是拿木材来讲,相比一众传统建筑结构,木结构可完全降解、再生,已经在环保方面彰显了巨大优势。然而,相比利用细菌、真菌研发出的材料,其吸碳能力就显得很弱。

基于上述原因,越来越多建筑公司也开始关注、尝试生物建筑材料。

2015 年,英国一家建筑公司 Costain 在一个道路改造项目中试验了 4 种自愈合混凝土技术,其中之一便是类似 Green Basilisk 公司的细菌孢子混凝土技术。

不过,Costain 公司在同一个项目中选定四家供应商进行试验,自然不只是为了改造道路。

Costain 参与了英国一个价值 600 万美元的「生物弹性材料」(RM4L)研究项目,旨在开发自修复建筑材料和能够识别损伤的嵌入式传感器。

RM4L 项目负责人、巴斯大学微生物学家 Susanne Gebhard 也曾表示:

我们正在尝试把混凝土改造成一个生物系统,能自动探测损伤,然后自我修复。

据介绍,RM4L 项目的大部分工作都集中在化学、材料科学方面,但是 Susanne Gebhard 及其团队也正在探索细菌、营养物质和混凝土之间的相互作用,以期找到超越现有系统的组合。

比如,研究团队已经将一种 B. cohnii 细菌的孢子封装在充气的混凝土颗粒中,将其覆盖在防水的聚乙烯醇壳中。

这里需要说明的是,封装是为了避免“激活”细菌,直到外壳出现裂缝、水接触到孢子,细菌才能被“激活”。

在此基础之上,研究人员在混凝土颗粒中加入了含有酵母提取物和硝酸钙的生长培养基,发现细菌裂缝的愈合效果增强。

就目前而言,设计生物建筑材料还是一件小众的事,但正如美国科罗拉多大学博尔德分校土木工程师 Wil Srubar III 所说:

这个领域刚起步,但也在迅速发展。

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