การประดิษฐ์คอนกรีตที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้

คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองโดยใช้แสงและจุลินทรีย์ ถือเป็นก้าวสำคัญเชิงปฏิวัติที่จะช่วยลดต้นทุนการซ่อมแซมการก่อสร้างและยืดอายุการใช้งานโครงสร้างพื้นฐานได้อย่างมีนัยสำคัญนานหลายศตวรรษ

หากนำไปใช้กันอย่างแพร่หลาย คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้จะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาการก่อสร้างได้อย่างมาก - ภาพ: Quantum News

ตามรายงานของ The Brighter Side of News การประดิษฐ์คอนกรีตที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้เป็นผลงานของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเนแบรสกา-ลินคอล์น (สหรัฐอเมริกา) และได้รับการยกย่องอย่างสูงในการนำไปประยุกต์ใช้จริง ไม่เพียงแต่ในอุตสาหกรรมก่อสร้างเท่านั้น

เหตุใดรอยแตกร้าวในคอนกรีตจึงกลายเป็นปัญหาใหญ่?

คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่นิยมใช้กันมากที่สุดในโลก อย่างไรก็ตาม คอนกรีตมักเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ ได้เนื่องมาจากความร้อน การหดตัว หรือการรับน้ำหนักมาก

รอยแตกร้าวเหล่านี้อาจทำให้มีน้ำ อากาศ และสารเคมีแทรกซึม กัดกร่อนเหล็ก และทำให้โครงสร้างอ่อนแอลง และอาจนำไปสู่การพังทลายได้ หากไม่ตรวจพบและรักษาอย่างทันท่วงที

ในสหรัฐอเมริกา การตรวจจับและซ่อมแซมรอยแตกร้าวของคอนกรีตมีค่าใช้จ่ายหลายหมื่นล้านดอลลาร์ต่อปี ถือเป็นกระบวนการที่ยากลำบากซึ่งจำเป็นต้องค้นหาตำแหน่งที่แน่นอนของความเสียหายและต้องซ่อมแซมซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง

ทีมวิจัยซึ่งนำโดยดร. กงรุ่ย เกรซ จิน ได้รับแรงบันดาลใจจากไลเคน ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่ร่วมกันระหว่างเชื้อรา สาหร่าย/ไซยาโนแบคทีเรีย ที่สามารถอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายได้

พวกเขาได้สร้างแบบจำลองการอยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกันนี้ขึ้นใหม่ในห้องแล็บด้วยการรวมเชื้อราเส้นใย (Trichoderma reesei) และไซยาโนแบคทีเรีย (Anabaena inaequalis หรือ Nostoc punctiforme) เพื่อสร้างระบบจุลินทรีย์ที่สามารถดำรงอยู่ได้โดยอาศัยเพียงอากาศ น้ำ และแสง

คุณสมบัติพิเศษของระบบนี้คือความสามารถในการผลิตแร่แคลเซียมคาร์บอเนตโดยอัตโนมัติซึ่งเป็นสารที่ช่วยปิดรอยแตกร้าวในคอนกรีตโดยไม่ต้องใช้สารอาหารเพิ่มเติมจากภายนอกเหมือนวิธีการเดิม

ในไมโครไบโอมนี้ ไซยาโนแบคทีเรียใช้แสงในการสังเคราะห์แสง โดยดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจนจากอากาศเพื่อสร้างสารอาหาร เชื้อราเส้นใยใช้แหล่งสารอาหารนี้ในการเจริญเติบโตและสร้างผลึกแคลเซียมคาร์บอเนตเพื่อเติมเต็มรอยแตก

การทดลองแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ที่อาศัยร่วมกันนี้สามารถเจริญเติบโตได้ดีในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารน้อย มีความชื้นต่ำ และมีค่า pH สูง เช่น คอนกรีต ซึ่งแบคทีเรียชนิดอื่นๆ ไม่สามารถเจริญเติบโตได้ การทดสอบยังยืนยันอีกด้วยว่าอัตราการสมานรอยแตกร้าวเร็วกว่าวิธีการรักษาด้วยแบคทีเรียทั่วไปถึง 80%

โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีนี้ยังปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดก๊าซพิษเหมือนเทคนิคบางอย่างที่ใช้ยูเรีย

การประยุกต์ใช้งานจริงและแนวโน้มในอนาคต

หากมีการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้จะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาโครงสร้างได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของสะพาน อาคาร และแม้แต่โครงสร้างในอวกาศบนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ซึ่งแทบจะซ่อมแซมไม่ได้เลย

นอกจากนี้ ทีมยังทำงานร่วมกับนักสังคมวิทยาเพื่อทำความเข้าใจว่าประชาชนรู้สึกอย่างไรกับการใช้ชีวิตในบ้านที่มีจุลินทรีย์ “แอบซ่อน” อยู่ในผนัง นอกจากนี้ ยังมีการพิจารณาข้อควรพิจารณาทางกฎหมายและจริยธรรมเพื่อให้แน่ใจว่าปลอดภัยและเป็นที่ยอมรับในสังคม

กลุ่ม นักวิทยาศาสตร์ ไม่หยุดอยู่แค่แบบจำลองทางทฤษฎีเท่านั้น แต่ยังสร้างตัวอย่างคอนกรีตที่มีจุลินทรีย์ที่เพาะเลี้ยงในสภาพจำลองจริง เช่น อุณหภูมิที่อบอุ่น ความชื้นเฉลี่ย และวงจรแสง เช่นเดียวกับในสถานที่ก่อสร้าง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบจุลินทรีย์นี้สามารถเติบโตและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องดัดแปลงพันธุกรรม โดยอาศัยเพียงอากาศและแสงเท่านั้น

หากมีการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ เทคโนโลยีนี้อาจเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมการก่อสร้างทั่วโลก ทำให้เมืองต่างๆ ยั่งยืนมากขึ้น ปล่อยมลพิษน้อยลง และปลอดภัยมากขึ้นสำหรับทุกคน

มินห์ ไฮ

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