Att väcka byggmaterial till liv – bokstavligen

Kan mikroorganismer som tillförs till tegel eller betong göra materialet självläkande? Ett laboratorium för levande material vid University of Colorado hoppas ta reda på det
Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Share on email

Illustration av Megan Stump

En berättelse som är djupt rotad i den amerikanska folksjälen är sagan om den lilla pojken från landet som växer upp, åker till storstaden och lyckas genom att visa sig vara smartare än alla sofistikerade stadsbor.

Professor Wil Srubar är bondpojken som blev byggnadsingenjör och han har en kuggfråga till alla som ritar och bygger i betong: Tror du att du vet skillnaden mellan det levande och det döda?

Du kanske svarar rätt på frågan – än så länge. Men Wil och hans team på Living Materials Laboratory vid University of Colorado i Boulder, USA har föresatt sig att ”sudda ut gränserna mellan det levande och det icke-levande” inom byggande.

Vad Wil specifikt har tänkt göra är att integrera mikroorganismer i betong för att göra den självläkande. Och även om hans arbete hittills ”står på andras axlar” – andra som har gjort preliminära experiment med konceptet – har Wils team (med kollegor inom biokemi, mikrobiologi, materialvetenskap och byggteknik) fört idén ett steg närmare verkligheten.

Vilken är din byggnads superkraft?

”I vårt arbete var vi de första som tittade närmare på hur mikroorganismer kan bidra till materialförnyelse, och till tillverkningen av material”, säger Wil Srubar. Den här forskningen har lett till framställningen av bakterier som i rätt miljö kan förbli levande, biologiskt aktiva och kapabla att bidra till förnyelsen av de tegelstenar de bor i. ”Man skulle kunna skära en tegelsten mitt itu, och de två halvorna skulle kunna växa till två hela tegelstenar.”

Wil Srubar, University of Colorado Living Materials Laboratory

Men det är inte det bästa. Det som glädjer Wil allra mest är att man kanske skulle kunna använda den här förmågan som en teknikplattform där vilken biologisk respons som helst från en organism skulle kunna bli en egenskap hos ett byggmaterial som innehåller den organismen.

”Ett material skulle kunna känna av och svara på skadliga kemikalier i luften”, säger Wil. ”Det skulle kunna bli bioluminescerande under olika typer av ljus och avslöja dolda budskap eller självläka som svar på skador. Man kan föreställa sig hur många olika biologiska svar som helst från de här materialen, och det är dit vårt arbete är på väg.”

Att skapa rätt förutsättningar

För att nå dit måste Wil och hans team definiera parametrarna för den miljö som krävs för att hantera styrda, systematiska reparationer. Teamet har redan kommit fram till att ”man behöver exakta utlösare i form av temperatur och fuktighetsgrad” för att ett material ska förnyas. De experimenterar fortfarande med mikrofluidik och vad som krävs för att leverera de näringsämnen som behövs för att hålla det biologiska systemet vid liv.

Tack vare sin bakgrund inom byggteknik är Wil väl medveten om byggtekniska och bärande tillämpningar – så även om han har mål för materialens mekaniska egenskaper är han medveten om att de kanske ändå passar bättre som ersättning för ”icke-strukturella, cementhaltiga material med lägre styrka, eller fyllnads- eller fasadmaterial”.

När de här frågorna har besvarats kan själva försäljningen utgöra ytterligare en utmaning, till att börja med hur produkten ska levereras till kunden. Wil föreställer sig att man skulle sälja pulver, snarare än hela tegelstenar. Kunden skulle då tillsätta vatten till den förpackade torrkulturen, på samma sätt som man gör nu med portlandcement, eventuellt i kombination med fyllnadsmaterial som återvunnet glas, sågspån eller till och med återvunnen cement.

”I vårt arbete var vi de första som tittade närmare på hur mikroorganismer kan bidra till materialförnyelse, och till tillverkningen av material … Man skulle kunna skära en tegelsten mitt itu, och de två halvorna skulle kunna växa till två hela tegelstenar.”

Wil Srubar, Living Materials Laboratory, University of Colorado, Boulder

Målet är att komplettera, snarare än att ersätta, de verktyg som arkitekter, ingenjörer och byggnadsarbetare redan har tillgång till. ”Vi ville inte göra för stora ändringar av hur saker görs”, säger Wil. ”Det tar lång tid att vända skutan i en bransch som är djupt rotad i traditioner.”

Istället tänker sig Wil en framtid som erbjuder ”lite större flexibilitet på plats när det gäller levande material, särskilt i tätbebyggda stadskärnor eller i miljöer där det råder resursbrist.” Den senare kategorin skulle en vacker dag kunna omfatta månen eller andra planeter, där lokala resurser skulle kunna skördas och med bakteriers hjälp odlas till byggnadsmaterial som man inte rimligen kan frakta dit från jorden.

Tillbaka till naturen

I slutändan hoppas Wil Srubar utlösa en revolution, inte bara när det gäller hur byggnadsmaterial anskaffas utan också för hur människor tänker kring materialanskaffning. En sådan förändring skulle kunna komma i form av biocement eller fotosyntetiska organismer. Den skulle kunna innebära bara ett bättre utnyttjande av naturfibrer, eller till och med alger som kan ”odlas, inkapslas och omvandlas till högpresterande byggnadsmaterial”, säger Wil.

Wil försöker också ”förändra byggbranschens paradigm” och omvandla den från en koldioxidutsläppare till en kolsänka. Apropå det påminner han om att teamet ännu inte har publicerat några data om miljöeffekter.

”Vad jag dock kan säga är att vi använder fotosyntetiska organismer – alltså cyanobakterier som behöver koldioxid, solljus och vatten för att växa”, säger Wil. ”All biomassa som produceras i tillväxtfasen består egentligen av isolerad koldioxid, vilket tyder på ett material som är koldioxidnegativt snarare än att stå för positiva koldioxidutsläpp. Koldioxidavtrycket är exceptionellt mycket lägre räknat per volym än för portlandcement. Och vi åstadkommer till och med en viss kollagring genom den biomassa som odlas och inkapslas i materialet.”