Строительство и ремонт можно сделать более эффективными с помощью биоцемента, который вырабатывают специфические бактерии. Но для выращивания нежных микробных культур строительные площадки приспособлены неважно. Исследователи разработали метод сублимационной сушки и консервации бактерий, который позволяет сохранить их потенциал в течение месяцев. Строителям достаточно высыпать в емкость порошок-лиофилизат из пакетика и через короткое время получить прочную тротуарную плитку, материал для ремонта нефтяной скважины, основу для укрепления дорожного полотна или площадки для быстровозводимых каркасных зданий.
Ученые обратили внимание на бактерию Sporosarcina pasteurii сравнительно недавно. Она способна вырабатывать материал, получивший название биоцемент. Микробы в процессе жизнедеятельности расщепляют мочевину, образуя карбонат аммония (NH4)2CO3. Затем, после добавления раствора хлорида кальция CaCl2, получается карбонат кальция CaCO3, который прочно склеивает частицы песка и грунта, устраняет дефекты в недавно схватившихся и трещины в старых бетонных конструкциях.
Чтобы производить биоцемент, бактерии было необходимо выращивать на месте с помощью специального оборудования. Ученые решили найти способ сохранить живых S. pasteurii в стабильном состоянии, чтобы строители могли заказывать их доставку в удобное время.
Команда вдохновилась примером технологии сублимирования биологических компонентов в сельскохозяйственных удобрениях. Исследователи поместили бактерии в различные растворы и проверили, насколько хорошо микробы переносят заморозку. Выяснилось, что лучше всего защищает крошечных бетонщиков от неблагоприятных условий сахароза. После заморозки «засахаренные» бактерии высушили и поместили в герметичные пластиковые пакеты. S. pasteurii с сахарозой оставались жизнеспособными не менее трех месяцев.
В ходе дальнейших лабораторных испытаний ученые решили найти оптимальное сырье для производства биоцемента. Законсервированные с помощью сублимационной сушки бактерии засыпали в напечатанные на 3D-принтере цилиндрические формы из песка для детских песочниц и из натурального песчаного грунта. Экспериментальные колонны несколько раз опрыскали растворами хлорида кальция и мочевины. Организмы образовали биоцемент. В колоннах, изготовленных из песка для детских игр, материал оказался гораздо прочнее того, что был изготовлен из почвы. По всей видимости, в гомогенных средах он работает лучше, чем в сыпучем продукте с разными диаметрами частиц.
В ходе полевых испытаний сублимированные бактерии наносили на поверхность участков размером метр на метр, распыляя затем сверху мочевину и хлорид кальция. В течение 24 часов микробы образовали прочное основание толщиной 7,5 см, сравнимое по надежности с бетонным.
Авторы исследования полагают, что лиофилизат микроорганизмов, способных производить биоцемент, найдет широкое применение в капитальном и малоэтажном строительстве, ремонте и декоре интерьеров, дорожной и добывающей отраслях.
О том, как бактерии очищают атмосферу от угарного газа, читайте в другом материале.
