Készíthetők-e a jövőbeni épületek csonttal és tojáshéjjal?

Ahogy a világ küzd vele klímaváltozás, sürgősen meg kell találnunk a CO-csökkentés módját? kibocsátások. Azok az ágazatok, amelyek nagymértékben támaszkodnak a fosszilis tüzelőanyagokra, mint például az energia és repülés, általában a legrosszabb elkövetőknek tartják. De a legtöbb ember nem veszi észre, hogy van egy másik bűnös, aki elrejtőzik; városunk utcáin, és azokban az épületekben, ahol élünk és dolgozunk.

Önmagában csak 2007-ben acél és beton mindegyik több CO-ért volt felelős? kibocsátás, mint a teljes globális légiipar. Az építési terület elérése előtt az acélt és a cementet is nagyon magas hőmérsékleten kell feldolgozni – ez pedig rengeteg energiát igényel. Hogyan csökkenthetjük tehát függőségünket ezektől a „piszkos” anyagoktól, amikor olyan döntő szerepet játszanak az építőiparban?

Az egyik lehetőség természetes anyagok, például fa használata. Az emberek fából építkeztek évezredek, és a fa szerkezetek jelenleg kisebb fellendülést tapasztal - részben azért, mert olcsó és fenntartható anyag.

De vannak ilyenek A fával való építkezés hátrányai; az anyag nedves körülmények között deformálódhat, és érzékeny a kártevők, például termeszek támadására. És bár a természetes anyagok, például a fa környezetvédelmi szempontból vonzóak, nem kielégítőek azoknak a mérnököknek, akik esetleg meghatározott alakú vagy méretű alkatrészeket szeretnének készíteni.

Az élet másolása

Mi van akkor, ha ahelyett, hogy megtaláljuk a természetes anyagokat, olyan új anyagokat készítünk, amelyeket a természet ihlet? Ez az ötlet az 1970 -es években kezdett elhódítani a kutatóközösségben, és az 1990 -es években robbant ki, a nanotechnológia és nanorészítési módszerek. Ma ez egy új tudományos kutatási terület alapját képezi: nevezetesen a „biomimetika” - szó szerint „az élet másolása”.


belső feliratkozási grafika


A biológiai sejteket gyakran "az élet építőkövei”, Mert ezek az élő anyag legkisebb egységei. Ahhoz azonban, hogy hozzánk vagy hozzád hasonló többsejtű szervezetet hozzon létre, a sejteknek össze kell halmozódniuk egy tartószerkezettel, hogy létrehozzák azokat a biológiai anyagokat, amelyekből készülünk, olyan szöveteket, mint a csont, a porc és az izom. Ilyen anyagokról van szó, amelyekhez a biomimetikában érdekelt tudósok fordultak inspirációért.

A biomimetikus anyagok előállításához mélyen meg kell értenünk a természetes anyagok működését. Tudjuk, hogy a természetes anyagok is „kompozitok”: több különböző alapanyagból készülnek, amelyek mindegyike különböző tulajdonságokkal rendelkezik. A kompozit anyagok gyakran könnyebbek, mint az egykomponensű anyagok, például a fémek, ugyanakkor továbbra is rendelkeznek olyan kívánatos tulajdonságokkal, mint a merevség, szilárdság és szívósság.

Biomimetikus anyagok készítése

Az anyagmérnökök évtizedek óta mérik a természetes anyagok, például a csont és a tojáshéj összetételét, szerkezetét és tulajdonságait, így most jól ismerjük azok jellemzőit.

Például tudjuk, hogy a csont hidratált fehérjéből és ásványi anyagból áll, szinte azonos arányban. Az ásvány merevséget és keménységet biztosít, míg a fehérje szívósságot és törésállóságot biztosít. Bár a csontok eltörhetnek, ez viszonylag ritka, és előnyük is van öngyógyító - egy másik jellemző, amelyet a mérnökök megpróbálnak a biomimetikus anyagokba hozni.

A csonthoz hasonlóan a tojáshéj is összetett anyag, de körülbelül 95% ásványi anyagot és csak 5% hidratált fehérjét tartalmaz. Pedig még ez a kis mennyiségű fehérje is elég ahhoz, hogy a tojáshéj nagyon kemény legyen, figyelembe véve annak vékonyságát - ahogy ezt a legtöbb reggeli szakács észrevette. A következő kihívás az, hogy ezt a tudást szilárd dologgá alakítsuk.

A természetes anyagok utánzásának két módja van. Vagy utánozhatja az anyag összetételét, vagy lemásolhatja az anyag elkészítésének folyamatát. Mivel a természetes anyagokat élőlények állítják elő, egyik módszer sem jár magas hőmérséklettel. Mint ilyen, a biomimetikus anyagok-nevezzük őket „neo-csontnak” és „neo-tojáshéjnak”-sokkal kevesebb energiát igényelnek, mint az acél vagy a beton.

A laboratóriumban sikerült elkészíteni centiméter méretű minták neo-csontból. Ezt úgy végezzük, hogy különböző fehérjeoldatokat készítünk a csont ásványi anyagokat alkotó összetevőivel. Ezekből az oldatokból biomimetikus módon, testhőmérsékleten lerakódik egy kompozit neo-csontanyag. Nincs ok arra, hogy ezt a folyamatot - vagy annak továbbfejlesztett, gyorsabb változatát - ne lehetne ipari szintre méretezni.

Természetesen acél és beton mindenhol megtalálható, így az épületek tervezésének és kivitelezésének módja ezen anyagokhoz van optimalizálva. Ahhoz, hogy széles körben elkezdhessük használni a biomimetikus anyagokat, teljesen át kell gondolnunk építési szabályainkat és szabványainkat. De akkor, ha fenntartható módon akarjuk felépíteni a jövőbeli városokat, talán egy alapos újragondolás az, amire szükség van. A tudomány még gyerekcipőben jár, de ez nem jelenti azt, hogy nem tudunk nagyot álmodni a jövőről.

A szerzőről

Michelle Oyen, a Cambridge -i Egyetem biomérnöki olvasója

Ez a cikk eredetileg a The Conversation oldalon jelent meg

Kapcsolódó könyvek

Élet a szén után: A városok következő globális átalakulása

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Városunk jövője nem olyan volt, mint régen. A huszadik században világszerte elterjedt modern városmodell meghaladta hasznosságát. Nem tudja megoldani a felmerült problémákat - különösen a globális felmelegedés. Szerencsére új városfejlesztési modell jelenik meg a városokban az éghajlatváltozás valóságainak agresszív kezelésére. Ez átalakítja a városok tervezése és használja a fizikai tér, generál a gazdasági jólét, fogyaszt, és dobja az erőforrások kiaknázására és fenntartani a természetes ökoszisztémák, és felkészülni a jövőre. Elérhető az Amazonon

A hatodik kihalás: természetellenes történelem

Írta: Kolbert Elizabeth
1250062187Az elmúlt fél milliárd év alatt öt tömeges kihalás történt, amikor a földi élet sokszínűsége hirtelen és drámai módon visszahúzódott. A tudósok szerte a világon jelenleg a hatodik kihalást követik, amely várhatóan a legpusztítóbb kihalási esemény az ókori aszteroida hatásának következtében, amely megsemmisítette a dinoszauruszokat. Ezúttal a kataklizma vagyunk mi. A prózában, amely egyszerre őszinte, szórakoztató és mélyen tájékozott, New Yorker Kolbert Elizabeth író elmondja nekünk, hogy miért és hogyan változtatta meg az ember a bolygó életét oly módon, amellyel még egyetlen faj sem rendelkezik. Fél tucat tudományágban végzett kutatások, a már elveszett lenyűgöző fajok leírása és a kihalás története mint fogalom összefonása révén Kolbert mozgó és átfogó beszámolót nyújt a szemünk előtt bekövetkező eltűnésekről. Megmutatja, hogy a hatodik kihalás valószínűleg az emberiség tartós öröksége, és arra készteti minket, hogy gondolkodjunk át az alapvető kérdésen, hogy mit jelent az ember lenni. Elérhető az Amazonon

Klímaháborúk: A túlélés elleni küzdelem, mivel a világ túlmeleged

írta: Gwynne Dyer
1851687181Az éghajlati menekültek hullámai. Több tucat sikertelen állam. Teljes háború. A világ egyik legnagyobb geopolitikai elemzőjéből a közeljövő stratégiai realitásainak félelmetes pillantása érkezik, amikor az éghajlatváltozás a világ hatalmait a túlélés szigorú politikájához vezet. Ősi és kinyújthatatlan, Klímaháborúk az elkövetkező évek egyik legfontosabb könyve lesz. Olvassa el, és megtudja, mi felé tartunk. Elérhető az Amazonon

A kiadótól:
Az Amazon vásárlásai fedezik az Ön költségeit InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, és a ClimateImpactNews.com ingyenesen és hirdető nélkül, amely nyomon követi az Ön böngészési szokásait. Még akkor is, ha rákattint egy linkre, de nem vásárolja meg ezeket a kiválasztott termékeket, bármi más, amit ugyanazon az Amazon látogatáskor vásárolt meg, kis jutalékot fizet nekünk. Nincsenek többletköltségek, ezért kérjük, járuljon hozzá az erőfeszítéshez. Te is használja ezt a linket bármikor felhasználhatja az Amazon-ra, így segítheti erőfeszítéseink támogatását.