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| 本文作者： 付靜 | 2020-07-20 18:29 |
提起荷蘭，我們會想起郁金香和風車。
實際上，其風景名勝也別有一番風情，比如曾經(jīng)的荷蘭皇家避暑山莊羅宮（Het Loo Palace）。
位于阿培爾頓（Apeldoorn）的羅宮，建于 1684-1686 年間，一座巴洛克風格庭院被森林環(huán)抱。羅宮最初為英格蘭國王威廉三世和瑪麗二世而建造，之后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。為使游客們最大程度地感受羅宮在 17 世紀時的魅力，政府十分注重建筑的修繕工作。
而近日，《自然-生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）的一篇報道介紹了羅宮修復(fù)過程中涉及到的一項將建筑業(yè)與生物學聯(lián)系起來的技術(shù)——環(huán)保生物混凝土。
參與羅宮翻新項目的，是一家總部位于荷蘭代爾夫特（Delft）的生物科技初創(chuàng)公司 Green Basilisk。
雷鋒網(wǎng)通過領(lǐng)英了解到，Green Basilisk 公司擁有自修復(fù)混凝土專利，該公司擅長用微生物產(chǎn)生的石灰石修復(fù)墻體的裂縫。據(jù)稱，該公司目前已經(jīng)可以實現(xiàn)對 0.8 mm 裂縫的修復(fù)。
可以看出，Green Basilisk 正是通過這種特殊的技術(shù)實現(xiàn)了對羅宮建筑的修繕。
首先，我們要了解修繕建筑墻體的重要性。
雷鋒網(wǎng)了解到，建筑業(yè)要想評判混凝土的質(zhì)量，其中一項關(guān)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(xiàn)微小的裂縫也并非是能完全避免的。
出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(fù)，建筑結(jié)構(gòu)只能被廢棄，大量的垃圾也便產(chǎn)生了。
那么，微生物怎樣做到修復(fù)墻體呢？
據(jù)《自然-生物技術(shù)》報道稱，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(nèi)都保持著“休眠”的狀態(tài)，等到墻體開始有裂縫、出現(xiàn)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(shù)人已經(jīng)忘得差不多的化學原理要派上用場了：在混凝土內(nèi)部，二氧化碳（CO?）和鈣離子（Ca?+）結(jié)合，形成固體碳酸鈣（CaCO?）。
此番變化過后，不出一個月墻體中的裂縫便修復(fù)了。
據(jù)了解，Green Basilisk 聯(lián)合創(chuàng)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(huán)境中茁壯成長的天然細菌，團隊用了數(shù)年時間。而尋找天然細菌，原因就在于：
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(qū)和俄羅斯的一個堿性湖泊中發(fā)現(xiàn)了三種桿菌的菌株，并證實它們可以在混凝土中產(chǎn)生新鮮碳酸鈣。
不過，該公司現(xiàn)在還有一個新目標——開發(fā)另外一種能代替乳酸菌、降低成本的物質(zhì)。
原因就在于，普通混凝土的價格為每立方米 68-91 美元，而公司研制出的環(huán)保生物混凝土每立方米還要貴 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。
實際上，除了上述 Green Basilisk 的自修復(fù)混凝土，目前全球范圍內(nèi)也有幾家公司開始探索如何將生物學和建筑業(yè)進行結(jié)合，從而追逐環(huán)保建筑的新浪潮。
如下表所示，目前環(huán)保建筑材料的設(shè)計主要有兩種思路：
細菌技術(shù)（Bacterial technologies）：可制造混凝土修復(fù)劑、生物水泥等；
真菌技術(shù)（Fungal technologies）：可制造室內(nèi)瓷磚、裝飾板、泡沫等。
之所以要研發(fā)環(huán)保建筑，原因就在于當前建筑業(yè)對環(huán)境造成的巨大壓力——世界范圍內(nèi)的水泥產(chǎn)量每年都超過了 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了 8% 左右。與之相反的是，基于生物的建筑材料可以隔離大氣中的二氧化碳。
此外，傳統(tǒng)建筑材料和環(huán)保建筑材料之間還有一個區(qū)別——吸碳能力。
僅僅是拿木材來講，相比一眾傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)可完全降解、再生，已經(jīng)在環(huán)保方面彰顯了巨大優(yōu)勢。然而，相比利用細菌、真菌研發(fā)出的材料，其吸碳能力就顯得很弱。
基于上述原因，越來越多建筑公司也開始關(guān)注、嘗試生物建筑材料。
雷鋒網(wǎng)了解到，2015 年，英國一家建筑公司 Costain 在一個道路改造項目中試驗了 4 種自愈合混凝土技術(shù)，其中之一便是類似 Green Basilisk 公司的細菌孢子混凝土技術(shù)。
不過，Costain 公司在同一個項目中選定四家供應(yīng)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）研究項目，旨在開發(fā)自修復(fù)建筑材料和能夠識別損傷的嵌入式傳感器。
RM4L 項目負責人、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(tǒng)，能自動探測損傷，然后自我修復(fù)。
據(jù)介紹，RM4L 項目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(yǎng)物質(zhì)和混凝土之間的相互作用，以期找到超越現(xiàn)有系統(tǒng)的組合。
比如，研究團隊已經(jīng)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。
這里需要說明的是，封裝是為了避免“激活”細菌，直到外殼出現(xiàn)裂縫、水接觸到孢子，細菌才能被“激活”。
在此基礎(chǔ)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(yǎng)基，發(fā)現(xiàn)細菌裂縫的愈合效果增強。
就目前而言，設(shè)計生物建筑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(lǐng)域剛起步，但也在迅速發(fā)展。
引用來源：
https://www.nature.com/articles/s41587-020-0595-z
https://en.wikipedia.org/wiki/Het_Loo_Palace
https://www.linkedin.com/company/green-basilisk/about/
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