Σούπερ πάγος 10 φορές ισχυρότερος από τον συμβατικό αλλάζει τα πάντα στις κατασκευές
Ισραηλινοί επιστήμονες δημιούργησαν το BioPykrete, ένα καινοτόμο υλικό που είναι 10 φορές ισχυρότερο από τον συμβατικό πάγο
Snapshot
- Ισραηλινοί επιστήμονες δημιούργησαν το BioPykrete, ένα υλικό από πάγο, νανοκρυστάλλους κυτταρίνης και ειδική πρωτεΐνη, που είναι 10 φορές πιο ανθεκτικό από τον συμβατικό πάγο.
- Το BioPykrete παραμορφώνεται σταδιακά υπό πίεση, αποτρέποντας τον ξαφνικό θρυμματισμό, χάρη στη μοριακή σύνδεση των συστατικών του.
- Η ειδική πρωτεΐνη CBM3a-AFPIII λειτουργεί ως κόλλα που συνδέει τους νανοκρυστάλλους κυτταρίνης με τον πάγο, βελτιώνοντας τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού.
- Το νέο βιοσύνθετο υλικό προτείνεται ως βιώσιμη εναλλακτική λύση για κατασκευές σε ψυχρές περιοχές, μειώνοντας το περιβαλλοντικό αποτύπωμα σε σχέση με το σκυρόδεμα και το χάλυβα.
- Παρά τις υποσχέσεις, απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές αντοχής και μελέτες για τη συμπεριφορά του BioPykrete σε διαφορετικές καιρικές συνθήκες πριν την ευρεία εφαρμογή του.
Κατά τη διάρκεια του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου, το Βρετανικό Βασιλικό Ναυτικό είχε εξετάσει την κατασκευή ενός ολόκληρου, πρακτικά αβύθιστου αεροπλανοφόρου από ένα μείγμα πάγου και ξυλοπολτού, γνωστό ως Pykrete. Το σχέδιο εγκαταλείφθηκε τελικά λόγω του αυξανόμενου κόστους. Τώρα, όμως, μια ομάδα ερευνητών από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ επανέφερε και εξέλιξε αυτή την τολμηρή ιδέα της δεκαετίας του 1940.
Ισραηλινοί επιστήμονες δημιούργησαν το BioPykrete, ένα καινοτόμο υλικό που είναι 10 φορές ισχυρότερο από τον συμβατικό πάγο. Προσθέτοντας κρυστάλλους φυτικής προέλευσης και μια ειδικά σχεδιασμένη πρωτεΐνη, η ερευνητική ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει μια χημική δομή που μπορεί να απορροφήσει 70 φορές περισσότερη ενέργεια πριν αστοχήσει.
Το επίτευγμα ανοίγει τον δρόμο για μια επαναστατική εφαρμογή στον κατασκευαστικό κλάδο, ιδιαίτερα σε οικισμούς που βρίσκονται σε απομακρυσμένες και παγωμένες περιοχές του πλανήτη, προσφέροντας μια αξιόλογη εναλλακτική λύση στο σκυρόδεμα.
Τα μυστικά του υλικού σε μοριακό επίπεδο
Η νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, αποκαλύπτει ότι οι ερευνητές προχώρησαν πολύ πέρα από την απλή ανάμειξη ινών με πάγο. Όπως εξήγησε ο βιοχημικός Ίντο Μπρασλάβσκι, βασικός στόχος ήταν να ελεγχθεί ο τρόπος με τον οποίο συνδέονται τα διαφορετικά υλικά σε μοριακό επίπεδο.
Το αποτέλεσμα αλλάζει ριζικά τη συμπεριφορά του υλικού υπό πίεση. Αντί να θρυμματίζεται απότομα, το BioPykrete παραμορφώνεται σταδιακά.
Σε αντίθεση με τις μεγάλες και ανομοιόμορφα κατανεμημένες ίνες ξυλοπολτού που χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν, η ομάδα αξιοποίησε νανοκρυστάλλους κυτταρίνης. Η κυτταρίνη αποτελεί βασικό δομικό συστατικό των φυτών και, όταν βρίσκεται σε μορφή νανοκρυστάλλων, λειτουργεί ως μικροσκοπικό ενισχυτικό υλικό, εμποδίζοντας την εύκολη εξάπλωση των ρωγμών στο εσωτερικό του πάγου.
Μια πρωτεΐνη-κόλλα για τις πράσινες κατασκευές
Το συστατικό που συνδέει τους νανοκρυστάλλους κυτταρίνης με τον πάγο είναι μια ειδική πρωτεΐνη, η CBM3a-AFPIII. Πρόκειται για έναν συνδυασμό αντιπαγωτικής πρωτεΐνης και μιας δομής που δεσμεύεται στους υδατάνθρακες, η οποία λειτουργεί ουσιαστικά ως κόλλα υψηλών επιδόσεων.
Οι εφαρμογές που εξετάζονται για τη νέα εφεύρεση δεν αφορούν πλέον πολεμικά πλοία, αλλά μελλοντικά κατασκευαστικά έργα σε ψυχρές και ακραίες περιοχές, όπως η Ανταρκτική και η Αρκτική.
Χωρίς να απαιτείται η χρήση σκυροδέματος ή χάλυβα, αυτό το βιοσύνθετο υλικό προσφέρει μια βιοδιασπώμενη εναλλακτική λύση με πολύ χαμηλό αποτύπωμα άνθρακα.
Ο κατασκευαστικός κλάδος συγκαταλέγεται σήμερα στους πιο ρυπογόνους τομείς παγκοσμίως, καθώς ευθύνεται για τεράστιες εκπομπές ρύπων και καταναλώνει μεγάλες ποσότητες φυσικών πόρων. Σύμφωνα με τους συντάκτες της μελέτης, η βιοτεχνολογία προσφέρει μια καθοριστική δυνατότητα μετασχηματισμού, με στόχο τον περιορισμό των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της ανθρώπινης δραστηριότητας.
Οι δοκιμές αντοχής του υλικού
Παρά τον ενθουσιασμό που προκαλούν τα αποτελέσματα, θα χρειαστεί ακόμη αρκετός χρόνος μέχρι να δούμε ολόκληρα κτίρια κατασκευασμένα από BioPykrete.
Η έρευνα αποτελεί μια δοκιμή σε μικρή κλίμακα και απαιτούνται περαιτέρω μελέτες, προκειμένου να διαπιστωθεί πώς συμπεριφέρεται το υλικό σε βάθος χρόνου και υπό μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες.
Ωστόσο, οι ερευνητές εκτιμούν ότι η βελτιστοποίηση της διαδικασίας στερεοποίησης και η ανάπτυξη διαφορετικών παραλλαγών της πρωτεΐνης θα μπορούσαν να οδηγήσουν στη δημιουργία ακόμη ισχυρότερων σύνθετων υλικών.
Παράλληλα με τις δοκιμές ανθεκτικότητας, η ομάδα επιθυμεί να μελετήσει λεπτομερώς τον τρόπο με τον οποίο εξαπλώνονται οι ρωγμές στο υλικό, ώστε να επιβεβαιώσει τους ακριβείς μηχανισμούς που ευθύνονται για την ενίσχυση της αντοχής του.
Στο άμεσο μέλλον, αυτή η πειραματική προσέγγιση θα μπορούσε να ανοίξει εντελώς νέους ορίζοντες στην ανάπτυξη υλικών για τη συσκευασία και τη δομική μηχανική.
