Живой строительный материал: будущее строительства и промышленного дизайна
Живой строительный материал (LBM) — это инновационная технология, которая меняет представление о строительстве и промышленном дизайне. В отличие от традиционных материалов, LBM ведет себя как живой организм: он может самовосстанавливаться, адаптироваться к окружающей среде и даже размножаться. Это открывает новые горизонты для создания устойчивых, экологически чистых и долговечных конструкций. В этой статье мы рассмотрим, что такое живой строительный материал, его историю, основные виды, преимущества и перспективы применения.
Что такое живой строительный материал?
Живой строительный материал — это материал, который обладает свойствами живых организмов. Он может самовосстанавливаться, расти и адаптироваться к условиям окружающей среды. Примеры таких материалов включают самовосстанавливающийся биоцемент, самовоспроизводящийся бетон и композиты на основе мицелия. Эти материалы используются не только в строительстве, но и в упаковке, дизайне интерьеров и даже в искусстве.
История развития живых строительных материалов
Идея создания живых строительных материалов возникла благодаря наблюдениям за природой. Например, процесс минерализации кораллов вдохновил ученых на разработку методов биоминерализации бетона. Первые шаги в этом направлении были сделаны в 1990 году, когда Адольф и его коллеги предложили использовать микробиологически индуцированное осаждение кальцита (MICP) для создания защитных покрытий на фасадах зданий.
В 2007 году компания Ecovative Design представила революционный материал под названием «Greensulate» — строительный изоляционный материал на основе мицелия. Это стало началом эры композитов из мицелия, которые сегодня используются для упаковки, звукоизоляции и даже производства строительных кирпичей.
В 2013 году в Великобритании был запущен проект «Материалы для жизни» (M4L), целью которого было создание устойчивой инфраструктуры, способной к самовосстановлению без вмешательства человека. Этот проект привел к разработке первого в Великобритании самовосстанавливающегося бетона. В 2017 году проект расширился до консорциума Resilient Materials 4 Life (RM4L), который занимается разработкой материалов, способных к самодиагностике и самовосстановлению.
В 2016 году Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) запустило программу «Инженерные живые материалы» (ELM). Цель программы — создание материалов, которые могут воспроизводиться, самоорганизовываться и самовосстанавливаться. Уже в 2020 году исследовательская группа из Университета Колорадо успешно создала экспоненциально регенерирующий бетон, что стало важным шагом в развитии этой технологии.
Самовоспроизводящийся бетон
Одним из самых впечатляющих примеров живых строительных материалов является самовоспроизводящийся бетон. Этот материал производится с использованием смеси песка и гидрогеля, которая служит питательной средой для бактерий синехококка.
Как это работает?
Смесь песка и гидрогеля имеет более низкий уровень pH, ионную силу и температуру отверждения, чем обычный бетон. Это создает идеальные условия для размножения бактерий. По мере роста бактерии биоминерализуют среду карбонатом кальция, который придает материалу прочность и долговечность.
Интересно, что активность бактерии зависит от влажности. Они наиболее активны при 100% влажности, но даже при снижении влажности до 50% материал сохраняет свои свойства. При низкой влажности бетон становится еще прочнее.
Преимущества и применение
Самовоспроизводящийся бетон имеет множество преимуществ. Во-первых, он экологически чистый: бактерии поглощают углекислый газ, что снижает углеродный след. Во-вторых, его можно использовать для заполнения трещин в дорогах, стенах и тротуарах. В засушливых условиях он подходит для конструктивного применения благодаря своей повышенной прочности.
Биоцемент на основе карбоната кальция
Биоцемент — это еще один пример живого строительного материала. Он производится с помощью микробиологически индуцированного осаждения кальцита (MICP) и является экологически чистым аналогом традиционного цемента.
Производство и свойства
Ключевым компонентом биоцемента являются микроорганизмы, такие как Sporosarcina Pasteurii, которые создают щелочную среду, необходимую для осаждения карбоната кальция. Биоцемент способен самовосстанавливаться: при попадании воды бактерии активируются и преобразуют лактат кальция в известняк, который заделывает трещины.
Биоцемент также повышает коррозионную стойкость металлических конструкций, так как бактерии потребляют кислород, вызывающий коррозию. Однако его механическая прочность на 25% ниже, чем у обычного бетона, что ограничивает его применение в крупномасштабных проектах.
Где используется?
В настоящее время биоцемент используется для создания тротуаров и небольших строительных конструкций. Его потенциал огромен, но для массового применения необходимо провести дополнительные исследования и снизить стоимость производства.
Композиты на основе мицелия
Композиты мицелия — это материалы, созданные с использованием грибного мицелия. Они дешевы, устойчивы и могут использоваться в различных областях, от упаковки до строительства.
Производство и свойства
Мицелий выращивают на органических субстратах, таких как сельскохозяйственные отходы, опилки или кофейная гуща. В процессе инкубации мицелий образует плотную сеть, которая связывает субстрат в единый композит. Свойства материала зависят от вида грибов и условий выращивания.
Композиты мицелия легкие, пористые и обладают отличными изоляционными свойствами. Они также пожаробезопасны, нетоксичны и биоразлагаемы, что делает их идеальной альтернативой пластику и полистиролу.
Применение
Композиты мицелия используются для производства упаковки, строительных панелей, акустических плиток и даже мебели. Например, в 2014 году в Нью-Йорке была построена 40-футовая башня Hy-Fi из кирпичей на основе мицелия и кукурузных стеблей. Этот проект стал примером того, как живые материалы могут изменить архитектуру.
Дальнейшие применения живых материалов
Помимо строительства, живые материалы могут использоваться для очистки окружающей среды. Например, микробиологически индуцированное осаждение кальцита (MICP) может удалять тяжелые металлы и радионуклиды из воды и почвы.
Еще одно перспективное применение — создание самоформирующихся фундаментов. Инженерные бактерии могут укреплять почву, цементируя ее частицы в ответ на давление. Это открывает новые возможности для строительства в сложных условиях.
