ساخت «سیمان زنده» با توانایی ذخیره برق!

به گزارش مجله خبری نگار/همشهری آنلاین، گروهی از پژوهشگران دانشگاه آرهوس (دانمارک) و دانشگاه چونگ‌چینگ جیاتونگ (چین) موفق شده‌اند باکتری Shewanella oneidensis را داخل سیمان سخت‌شده قرار دهند و چیزی بسازند که آن را «سیمان-میکروب ترکیبی» می‌نامند. این ماده زنده نه تنها سازه‌ها را سر پا نگه می‌دارد، بلکه مانند یک باتری قابل شارژ عمل می‌کند. این دستاورد نوید آینده‌ای را می‌دهد که در آن، مصالح شهرهایمان می‌توانند به تأمین انرژی آنها هم کمک کنند.

کی لو، پژوشگر اصلی این تحقیق می‌گوید: «ما ساختار را با عملکرد ترکیب کردیم. نتیجه، نوعی ماده‌ی تازه است که هم بار را تحمل می‌کند و هم انرژی ذخیره می‌کند؛ و همچنین با دریافت مواد مغذی دوباره عملکرد خود را بازمی‌یابد».

روش ساخت این سیمان زنده چنین بود: ابتدا پودر سولفات سدیم (که برای باکتری‌ها نقش الکترولیت دارد) به سیمان افزوده شد، سپس باکتری‌ها در آب دیونیزه استریل رقیق شدند و به مخلوط سیمان اضافه شدند. خمیر سیمان در قالب ریخته شد و ۲۴ ساعت در دمای اتاق نگه داشته شد.

Shewanella oneidensis یک میکروارگانیسم «الکتروفعال» است؛ یعنی در انتقال الکترون بی‌نظیر عمل می‌کند و مانند یک رسانای زیستی می‌تواند الکترون‌ها را روی سطوح جابه‌جا کند. وقتی این میکروب‌ها با سیمان ترکیب می‌شوند، شبکه‌ای درون ماده می‌سازند که بار‌های الکتریکی را مدیریت می‌کند. این سیمان زنده توانست به چگالی انرژی ۱۷۸.۷ وات‌ساعت به ازای هر کیلوگرم برسد. برای مقایسه: یک لامپ LED معمولی تنها ۴ تا ۱۸ وات مصرف می‌کند؛ بنابراین یک کیلوگرم از این سیمان می‌تواند تا ۴۴ لامپ LED را روشن کند؛ انرژی‌ای شگفت‌انگیز که توسط باکتری‌های میکروسکوپی تولید می‌شود.

پس از ۱۰ هزار بار چرخه شارژ و تخلیه، سیمان هنوز ۸۵ درصد ظرفیت خود را حفظ کرده بود، که نشان‌دهنده‌ی پایداری بلندمدت آن است. هرچند مانند هر موجود زنده‌ای، باکتری‌ها ممکن است بمیرند. پژوهشگران با ایجاد کانال‌های بسیار ریز در سیمان، مواد مغذی را به باکتری‌ها رساندند و توانستند آنها را با ۸۰ درصد ظرفیت اولیه دوباره زنده کنند. این مزیتی مهم نسبت به باتری‌های معمولی یا ذخیره‌ساز‌های غیرفعال است، زیرا این فرایند تجدیدپذیر، باززاینده و بدون نیاز به فلزات سنگین سمی است؛ خبری خوش برای محیط زیست و پایداری.

آزمایش‌ها نشان داد این سیمان زنده در شرایط مختلف نیز کارآمد می‌ماند و حتی در دما‌های زیر صفر (منفی ۱۵ درجه سانتی‌گراد) و نیز در دما‌های معمولی اتاق (۲۰ تا ۳۳ درجه) توانست انرژی را ذخیره کند. این مقاومت، آن را به گزینه‌ای جذاب برای کاربرد‌های واقعی، از مناطق سرد گرفته تا مراکز شهری، تبدیل می‌کند.

کی لو توضیح می‌دهد: «این فقط یک آزمایش نیست. ما آینده‌ای را تصور می‌کنیم که این فناوری در ساختمان‌های واقعی، در دیوارها، فونداسیون یا پل‌ها به کار می‌رود و با پشتیبانی از منابع انرژی تجدیدپذیر مثل پنل‌های خورشیدی، ذخیره انرژی محلی فراهم می‌کند. این دیوار‌ها می‌توانند حدود ۱۰ کیلووات‌ساعت انرژی ذخیره کنند؛ به اندازه‌ای که یک سرور اداری استاندارد را یک روز کامل روشن نگه دارد».

البته این ایده هنوز تا استفاده عملی در کارگاه‌های ساختمانی فاصله دارد. قلیای طبیعی سیمان محیط دشواری برای بقای میکروب‌هاست و عملکرد میکروارگانیسم‌های الکتروفعال به شرایط محیطی حساس است. به مرور زمان، میکروب‌ها ممکن است ضعیف شوند یا کارایی‌شان را از دست بدهند و این پرسش‌هایی درباره ماندگاری و اعتمادپذیری ایجاد می‌کند.

پژوهشگران راه‌حل‌هایی مانند مهندسی سویه‌های مقاوم‌تر باکتری‌ها یا تغییر تخلخل سیمان برای بهبود جریان مواد مغذی پیشنهاد کرده‌اند.