การคิดค้นคอนกรีต 'ซ่อมแซมตัวเองได้'

คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้โดยใช้แสงและจุลินทรีย์ ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่อาจช่วยลดต้นทุนการซ่อมแซมสิ่งก่อสร้างและยืดอายุการใช้งานของโครงสร้างพื้นฐานได้นานหลายศตวรรษ

หากมีการนำคอนกรีตซ่อมแซมตัวเองมาใช้กันอย่างแพร่หลาย จะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาอาคารได้อย่างมาก - ภาพ: Quantum News

จากรายงานของ The Brighter Side of News สิ่งประดิษฐ์คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้นี้เป็นผลงานของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเนแบรสกา-ลินคอล์น (สหรัฐอเมริกา) และได้รับการยกย่องอย่างสูงในด้านการนำไปใช้งานจริง ไม่เพียงแต่ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างเท่านั้น

ทำไมรอยแตกร้าวในคอนกรีตจึงเป็นปัญหาใหญ่?

คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดใน โลก อย่างไรก็ตาม คอนกรีตมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ เนื่องมาจากผลกระทบของความร้อน การหดตัว หรือน้ำหนักบรรทุกมาก

รอยแตกเหล่านี้อาจทำให้น้ำ อากาศ และสารเคมีซึมเข้าไป ทำให้เหล็กเสริมเกิดการกัดกร่อนและทำให้โครงสร้างอ่อนแอลง ซึ่งอาจนำไปสู่การพังทลายได้หากไม่ได้รับการตรวจพบและแก้ไขอย่างทันท่วงที

ในสหรัฐอเมริกา การตรวจจับและซ่อมแซมรอยแตกร้าวในคอนกรีตมีค่าใช้จ่ายหลายหมื่นล้านดอลลาร์ต่อปี กระบวนการนี้ยุ่งยากซับซ้อน ต้องอาศัยการระบุตำแหน่งความเสียหายอย่างแม่นยำ และการดำเนินการซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูง

ภายใต้การนำของ ดร. คองรุย เกรซ จิน ทีมวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากไลเคน ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกันระหว่างเชื้อราและสาหร่าย/ไซยาโนแบคทีเรีย และสามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

พวกเขาสร้างแบบจำลองความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันนี้ขึ้นใหม่ในห้องปฏิบัติการ โดยการผสมผสานราเส้นใย (Trichoderma reesei) และไซยาโนแบคทีเรีย (Anabaena inaequalis หรือ Nostoc punctiforme) เพื่อสร้างระบบจุลินทรีย์ที่สามารถอยู่รอดได้ด้วยอากาศ น้ำ และแสงเพียงอย่างเดียว

จุดเด่นของระบบนี้คือความสามารถในการผลิตแคลเซียมคาร์บอเนตโดยอัตโนมัติ ซึ่งเป็นแร่ธาตุที่ช่วยอุดรอยแตกในคอนกรีตโดยไม่จำเป็นต้องเติมสารอาหารจากภายนอก ซึ่งแตกต่างจากวิธีการแบบเดิม

ในระบบนิเวศจุลินทรีย์นี้ ไซยาโนแบคทีเรียใช้แสงในการสังเคราะห์แสง โดยดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจนจากอากาศเพื่อสร้างสารอาหาร ส่วนราเส้นใยจะใช้สารอาหารเหล่านี้ในการเจริญเติบโตและสร้างผลึกแคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งจะเข้าไปเติมเต็มรอยแตก

จากการทดลองพบว่า ระบบจุลินทรีย์ที่อยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกันนี้เจริญเติบโตได้ดีในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารน้อย ความชื้นต่ำ และค่า pH สูง เช่น คอนกรีต ซึ่งแบคทีเรียชนิดอื่นๆ ทำไม่ได้ นอกจากนี้ การทดสอบยังยืนยันว่าอัตราการซ่อมแซมรอยแตกเร็วกว่าวิธีการใช้แบคทีเรียแบบดั้งเดิมถึง 80%

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิธีนี้ยังปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมด้วย เพราะไม่ก่อให้เกิดก๊าซพิษเหมือนกับบางเทคนิคที่ใช้ยูเรีย

การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติและแนวโน้มในอนาคต

หากมีการนำคอนกรีตซ่อมแซมตัวเองมาใช้กันอย่างแพร่หลาย จะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้อย่างมาก ยืดอายุการใช้งานของสะพาน ถนน อาคาร และแม้แต่โครงสร้างอวกาศบนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ซึ่งการซ่อมแซมแทบเป็นไปไม่ได้

ขณะนี้ทีมวิจัยกำลังร่วมมือกับนักสังคมวิทยาเพื่อทำความเข้าใจมุมมองของสาธารณชนเกี่ยวกับการอยู่อาศัยในบ้านที่มีจุลินทรีย์ "ซ่อนตัว" อยู่ในผนัง นอกจากนี้ยังพิจารณาปัจจัยทางกฎหมายและจริยธรรมเพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและการยอมรับของสังคมด้วย

ทีม นักวิทยาศาสตร์ ไม่ได้หยุดอยู่แค่แบบจำลองทางทฤษฎี แต่ได้สร้างตัวอย่างคอนกรีตที่มีจุลินทรีย์อยู่ภายใน และเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์เหล่านั้นภายใต้สภาวะที่จำลองสภาพแวดล้อมจริง เช่น อุณหภูมิที่อบอุ่น ความชื้นเฉลี่ย และวงจรแสง เช่นเดียวกับในสถานที่ก่อสร้าง ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าระบบจุลินทรีย์นี้สามารถเจริญเติบโตและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องแก้ไขยีน อาศัยเพียงอากาศและแสงเท่านั้น

หากนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ จะสามารถปฏิวัติวงการก่อสร้างทั่วโลก ทำให้เมืองต่างๆ มีความยั่งยืนมากขึ้น ปล่อยมลพิษน้อยลง และปลอดภัยยิ่งขึ้นสำหรับทุกคน

มินห์ ไฮ

ที่มา: https://tuoitre.vn/phat-minh-loai-be-tong-tu-va-20250623113630787.htm