Bakterilerle kendi kendini onaran beton üretildi: İnşaat sektöründe devrim!

Beton, dünya çapında en yaygın kullanılan yapı malzemesi olmasına rağmen, stres ve zorlu çevre koşulları altında çatlamaya ve bozulmaya oldukça meyillidir. Köprüler, barajlar, tüneller ve yollar gibi devasa altyapılardaki bu hasarları onarmak ise hem on milyarlarca dolara hem de devasa bir karbon salınımına mal oluyor.

Ancak Birleşik Krallık'taki Bath Üniversitesi'nden Profesör Kevin Paine liderliğindeki bir mühendislik ekibi, doğanın gücünü kullanarak bu asırlık soruna çığır açan bir çözüm buldu: Kendi kendini iyileştiren "akıllı beton". İçerisine özel bakteriler yerleştirilen bu yeni nesil malzeme, çatladığında dışarıdan hiçbir müdahaleye gerek kalmadan hasarı kendi kendine onarabiliyor.

BETON KENDİNİ NASIL ONARIYOR?

Interesting Engineering'de yer alan habere göre, kendi kendini onaran betonun temelinde, mikrobiyolojik olarak indüklenen kalsit çökelmesi (MICP) prensibi yatıyor. Bilim insanları, Bacillus gibi zorlu koşullara dayanıklı (ekstremofil) bakterileri, betonun yüksek alkali ortamında (12-13 pH) uyku modunda kalacak şekilde özel bir karışıma entegre ediyor.

Betonda bir çatlak oluştuğunda ve içeriye su ile oksijen sızdığında, bu uyuyan bakteriler adeta uyanarak harekete geçiyor. Kalsiyum asetat gibi karışımdaki besinleri tüketerek metabolize eden bu mikroorganizmalar, yan ürün olarak kireçtaşı (kalsiyum karbonat) üretiyor. Üretilen bu kireçtaşı, çatlağın iki yakası arasında bir köprü kurarak hasarı büyümeden mühürlüyor. Araştırmacılar, canlı dokuların hasarı onarmasına benzeyen bu doğal sürecin sonunda, sadece betonla uyumlu olan karbondioksit ve su açığa çıktığını belirtiyor.

MİKRO KAPSÜLLEME YÖNTEMİ

Bu devrimsel projedeki en büyük mühendislik zorluğu, betonun karıştırılması sırasında oluşan yüksek pH'ın ve mekanik parçalanmanın bakterileri öldürmesini engellemekti. Bilim insanları bu sorunu ilaç sektöründeki "kapsül" mantığına benzer bir yöntemle çözdü.

Bakteri sporları ve besinler, "perlit" adı verilen hafif agregaların içine iki aşamalı olarak hapsedildi. Ardından bu kapsüller sodyum silikat ve uçucu kül ile kaplanarak korumaya alındı. Bu sayede bakterilerin beton karma işlemi sırasında uyanması veya ölmesi engellendi. Sporlar, yalnızca beton çatladığında ve perlit boncukları fiziksel olarak kırıldığında suyla temas ederek çimlenmeye başlıyor.

GERÇEK DÜNYA TESTLERİNDEN BAŞARIYLA GEÇTİ

Geliştirilen bu bakteri katkılı beton, Galler'deki bir otoyol projesinde gerçek dünya testlerine tabi tutuldu. Üretilen güçlendirilmiş beton panellerden biri, 36. günün sonunda hidrolik bir kriko kullanılarak kasıtlı olarak 0.1 mm genişliğinde çatlatıldı.

Çatlak oluştuktan sonra bölgeye su uygulandı ve bakteriler tetiklendi. İlerleyen haftalarda optik mikroskoplar altında yapılan incelemelerde, çatlağın içinde görünür mineral çökeltilerinin (kalsit) oluşmaya başladığı ve normalde açık kalacak olan çatlağın kısmen kapandığı gözlemlendi. En önemlisi ise, karışıma eklenen bu bakteri ve besin kapsüllerinin, betonun temel mekanik mukavemetini (yaklaşık 30 MPa) veya sertleşme sürecini olumsuz etkilemediği kanıtlandı.

İNŞAAT SEKTÖRÜ İÇİN YENİ BİR ÇAĞ BAŞLIYOR

Bakteri enjekte edilmiş bu akıllı betonlar, inşaat endüstrisi için tam anlamıyla bir paradigma değişimi anlamına geliyor. Sadece Birleşik Krallık'ta her yıl altyapı onarımları için yaklaşık 40 milyar sterlin harcandığı düşünüldüğünde, kendi çatlağını onaran binaların ve yolların ekonomik getirisi oldukça büyük olabilir.

Ayrıca, 2050 yılına kadar çimento bazlı karbondioksit emisyonlarının iki katına çıkması beklenirken, binaların ömrünü uzatan bu teknoloji çevre için de hayati bir önem taşıyor. Bazı büyük şirketlerin de yakından ilgilendiği bu biyo-entegre malzemeler sayesinde; gelecekte köprülerin zamanla güçlendiği, yolların kendi çatlaklarını yamadığı ve binaların hasar durumunda kendi kendini iyileştirdiği yepyeni bir altyapı dünyası bizleri bekliyor olabilir.