211service.com
Hoe paddenstoelen onze afbrokkelende infrastructuur kunnen herstellen
De VS hebben een van de meest geavanceerde economieën ter wereld. En toch brokkelt de betonnen infrastructuur die het ondersteunt - de wegen, bruggen, trottoirs, enzovoort - langzaam af. Deze verslechtering vereist complexe reparaties, veroorzaakt lange vertragingen en kan in de meest ernstige gevallen leiden tot structureel falen.
Het is ook een steeds duurder probleem. Kleine scheurtjes die niet worden gerepareerd, ontwikkelen zich tot grotere scheuren die metalen versterkingsstructuren blootleggen, en wanneer deze beschadigd zijn, kunnen reparaties kostbaar en complex zijn. Volgens de American Society of Civil Engineers zal dit probleem de Amerikaanse economie tegen 2025 bijna $ 4 biljoen aan verloren zaken kosten als het niet wordt aangepakt.
Het is duidelijk dat een betere, goedkopere manier om beton te repareren hard nodig is.
Betreed Ning Zhang aan de Rutgers University in New Jersey, Congrui Jin aan de Binghamton University en een paar vrienden, die zeggen een geheim ingrediënt te hebben ontdekt dat op een dag de natie in beweging zou kunnen houden door automatisch afbrokkelend beton te repareren. Dit nieuwe ingrediënt? Paddestoelen.
Eerst wat achtergrond. Materiaalwetenschappers hebben lang gehoopt een geheime saus te vinden die beton helpt zichzelf te herstellen. Een idee is om beton te vullen met polymeervezels die hars bevatten die naar buiten lekt om scheuren op te vullen.
Dat zag er even veelbelovend uit, maar het blijkt dat onder andere beton en hars verschillende thermische uitzettingseigenschappen hebben, waardoor scheuren soms erger kunnen worden.
Een betere vulstof voor scheuren is calciumcarbonaat, omdat het goed hecht aan beton en vergelijkbare structurele eigenschappen heeft. Verschillende bacteriën produceren dit soort mineralen, maar geven ook andere bijproducten af, waaronder grote hoeveelheden stikstofproducten zoals ammoniak. En dit kan schade toebrengen aan wegen en het milieu.
Dus materiaalwetenschappers hebben een andere optie nodig, en vandaag zeggen Zhang en co dat ze het hebben gevonden in de vorm van een schimmel genaamd Trichoderma reesei. Het kan onder een groot aantal omstandigheden ontkiemen en een vezelachtige schimmel vormen die de vorming van calciumcarbonaat bevordert.
Hun idee is dat schimmelsporen aan het beton worden toegevoegd wanneer het wordt gemengd en vervolgens slapend blijven totdat het beton scheurt. Water dat in de scheuren stroomt, zorgt ervoor dat de sporen ontkiemen, waardoor de scheuren worden gevuld met schimmelvezels die de vorming van calciumcarbonaat veroorzaken - dat uiteindelijk de leegte vult.
Dat is de theorie, maar de cruciale vraag is of het in de praktijk gaat werken. Dus Zhang en co gingen op zoek.
Het team goot beton in petrischalen en liet het uitharden. Vervolgens goten ze op elke mat een groeimedium en voegden ze verschillende soorten schimmels toe. Ze wachtten om te zien welke van de schimmels zou groeien in de zeer alkalische omstandigheden die beton bevordert.
De resultaten waren onthullend. Van alle geteste schimmels, alleen Trichoderma reesei floreerde zelfs toen de pH tot 13 steeg. Zhang en co bestudeerden vervolgens de vezelstructuur onder een microscoop en gebruikten röntgendiffractie om de afzettingen te analyseren die het achterliet. De gegevens suggereerden sterk dat: T. reesei hyfen kunnen calciumcarbonaatprecipitatie bevorderen, zeggen ze.
Elektronenmicroscoopbeelden laten duidelijk de gemineraliseerde structuren zien die de vezels achterlaten.
Dat bewijst natuurlijk niets Trichoderma reesei sporen kunnen overleven als ze aan beton worden toegevoegd wanneer het wordt gemengd. Inderdaad, op het eerste gezicht lijkt dat onwaarschijnlijk. De sporen zouden in poriën in het beton moeten zitten.
Zhang en co maten de poriën in het beton dat ze maakten en ontdekten dat ze gemiddeld ongeveer een micrometer in diameter waren. Maar Trichoderma reesei sporen zijn groter - ongeveer vier micrometer in diameter. Dat suggereert dat ze zouden worden verpletterd als het beton hard wordt.
Zhang en co zeggen dat het probleem kan worden opgelost door luchtbellen aan de mix toe te voegen, maar dit moet verder worden onderzocht.
Dat is interessant werk met een belangrijk voordeel. Als Trichoderma reesei de paddo blijkt te zijn die de afbrokkelende infrastructuur van de VS kan herstellen, zal een grote zegen zijn. En het is ook nog eens milieuvriendelijk: de schimmel is goedaardig voor de mens, en het proces van de vorming van calciumcarbonaat bindt koolstof uit de atmosfeer. Het verwijdert dus koolstofdioxide, een belangrijk broeikasgas.
Natuurlijk is er nog veel werk aan de winkel om te bepalen of de sporen in beton zullen overleven. Maar de eerste resultaten geven aanleiding om dit nader te onderzoeken.
Referentie: arxiv.org/abs/1708.01337 : Screening van schimmels voor zelfgenezing van betonscheuren