การประดิษฐ์คอนกรีต 'ปะติดเองได้'

คอนกรีตที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้โดยใช้แสงและจุลินทรีย์ ถือเป็นก้าวสำคัญที่ปฏิวัติวงการ ซึ่งสามารถลดต้นทุนการซ่อมแซมการก่อสร้างได้อย่างมาก และยืดอายุการใช้งานโครงสร้างพื้นฐานได้นานหลายศตวรรษ

หากใช้กันอย่างแพร่หลาย คอนกรีตซ่อมแซมตัวเองสามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาการก่อสร้างได้อย่างมาก - ภาพ: Quantum News

ตามรายงานของ The Brighter Side of News การประดิษฐ์คอนกรีตซ่อมแซมตัวเองเป็นผลงานของทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเนแบรสกา-ลินคอล์น (สหรัฐอเมริกา) และได้รับการชื่นชมอย่างมากถึงการนำไปใช้งานจริง ไม่เพียงแต่ในอุตสาหกรรมก่อสร้างเท่านั้น

เหตุใดการแตกร้าวของคอนกรีตจึงเป็นปัญหาที่ร้ายแรง?

คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดใน โลก อย่างไรก็ตาม คอนกรีตมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กเนื่องจากความร้อน การหดตัว หรือการรับน้ำหนักมาก

รอยแตกร้าวเหล่านี้อาจทำให้มีน้ำ อากาศ และสารเคมีแทรกซึมเข้าไป กัดกร่อนเหล็ก และทำให้โครงสร้างอ่อนแอลง และอาจนำไปสู่การพังทลายได้ หากไม่ตรวจพบและรักษาอย่างทันท่วงที

ในสหรัฐอเมริกา การตรวจจับและซ่อมแซมรอยแตกร้าวของคอนกรีตมีค่าใช้จ่ายหลายหมื่นล้านดอลลาร์ต่อปี นับเป็นกระบวนการที่ยากลำบาก จำเป็นต้องค้นหาตำแหน่งที่แน่ชัดของความเสียหายและต้องซ่อมแซมด้วยค่าใช้จ่ายสูง

ทีมงานซึ่งนำโดย ดร. กงรุ่ย เกรซ จิน ได้รับแรงบันดาลใจจากไลเคน ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่อยู่ร่วมกันระหว่างเชื้อรา สาหร่าย/ไซยาโนแบคทีเรีย ที่สามารถอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้

พวกเขาสร้างแบบจำลองการอยู่ร่วมกันแบบพึ่งพาอาศัยกันนี้ขึ้นใหม่ในห้องแล็ปด้วยการผสมผสานเชื้อราเส้นใย (Trichoderma reesei) และไซยาโนแบคทีเรีย (Anabaena inaequalis หรือ Nostoc punctiforme) เพื่อสร้างระบบจุลินทรีย์ที่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ด้วยอากาศ น้ำ และแสงเท่านั้น

คุณสมบัติพิเศษของระบบนี้คือความสามารถในการผลิตแร่ธาตุแคลเซียมคาร์บอเนตโดยอัตโนมัติ ซึ่งเป็นสารที่ช่วยปิดรอยแตกร้าวในคอนกรีตโดยไม่ต้องเติมสารอาหารจากภายนอกเหมือนวิธีการก่อนหน้านี้

ในไมโครไบโอมนี้ ไซยาโนแบคทีเรียใช้แสงในการสังเคราะห์แสง ดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจนจากอากาศเพื่อสร้างสารอาหาร เชื้อราเส้นใยใช้แหล่งสารอาหารนี้ในการเจริญเติบโตและสร้างผลึกแคลเซียมคาร์บอเนตเพื่อเติมเต็มรอยแตก

การทดลองแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ที่อาศัยร่วมกันนี้เจริญเติบโตได้ดีในสภาพแวดล้อมที่ขาดสารอาหาร มีความชื้นต่ำ และมีค่า pH สูง เช่น คอนกรีต ซึ่งแบคทีเรียชนิดอื่นๆ ไม่สามารถเจริญเติบโตได้ การทดสอบยังยืนยันอีกด้วยว่าอัตราการสมานรอยแตกร้าวนั้นเร็วกว่าวิธีการรักษาด้วยแบคทีเรียทั่วไปถึง 80%

โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีนี้ยังปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย เนื่องจากไม่ก่อให้เกิดก๊าซพิษเหมือนเทคนิคบางอย่างที่ใช้ยูเรีย

การประยุกต์ใช้จริงและแนวโน้มในอนาคต

หากนำไปใช้กันอย่างแพร่หลาย คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้จะช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาโครงสร้างได้อย่างมาก ยืดอายุการใช้งานของสะพาน อาคาร และแม้แต่โครงสร้างในอวกาศบนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ซึ่งแทบจะซ่อมแซมไม่ได้เลย

ทีมงานยังทำงานร่วมกับนักสังคมวิทยาเพื่อทำความเข้าใจความรู้สึกของประชาชนเกี่ยวกับการอาศัยอยู่ในบ้านที่มีจุลินทรีย์ “แฝงตัว” อยู่ในผนัง นอกจากนี้ ยังมีการพิจารณาปัจจัยทางกฎหมายและจริยธรรมเพื่อรับรองความปลอดภัยและการยอมรับทางสังคม

ไม่เพียงแต่หยุดอยู่ที่แบบจำลองเชิงทฤษฎีเท่านั้น กลุ่ม นักวิทยาศาสตร์ ยังได้สร้างตัวอย่างคอนกรีตที่มีจุลินทรีย์ เพาะเลี้ยงในสภาพจำลองจริง เช่น อุณหภูมิอุ่น ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ย และวงจรแสง เช่นเดียวกับในสถานที่ก่อสร้าง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบจุลินทรีย์นี้สามารถเจริญเติบโตและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องดัดแปลงพันธุกรรม โดยอาศัยเพียงอากาศและแสง

หากมีการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ เทคโนโลยีดังกล่าวอาจเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมการก่อสร้างทั่วโลก ทำให้เมืองต่างๆ มีความยั่งยืนมากขึ้น ปล่อยมลพิษน้อยลง และปลอดภัยมากขึ้นสำหรับทุกคน

มินห์ ไฮ

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