Hvordan svampe kunne reparere vores smuldrende infrastruktur

USA har en af ​​de mest avancerede økonomier i verden. Og alligevel smuldrer den betoninfrastruktur, der understøtter det – vejene, broerne, fortovene og så videre – langsomt. Denne forringelse kræver komplekse reparationer, forårsager lange forsinkelser og kan i de mest alvorlige tilfælde føre til strukturelle fejl.

Det er også et stadigt dyrere problem. Små revner, der ikke er repareret, udvikler sig til større, der blotlægger metalforstærkningsstrukturer, og når disse er beskadiget, kan reparationer være dyre og komplekse. Ifølge American Society of Civil Engineers vil dette problem koste den amerikanske økonomi næsten 4 billioner dollars i tabt forretning i 2025, hvis det ikke bliver løst.

Det er klart, at der er et desperat behov for en bedre og billigere måde at reparere beton på.

Indtast Ning Zhang på Rutgers University i New Jersey, Congrui Jin på Binghamton University og et par venner, som siger, at de har opdaget en hemmelig ingrediens, der en dag kunne holde nationen i gang ved automatisk at reparere smuldrende beton. Denne nye ingrediens? Svampe.

Først lidt baggrund. Materialeforskere har længe håbet på at finde en hemmelig sovs, der hjælper beton med at reparere sig selv. En idé er at fylde beton med polymerfibre, der indeholder harpiks, der siver ud for at udfylde revner.

Det så lovende ud i et stykke tid, men det viser sig, at beton og harpiks blandt andet har forskellige termiske ekspansionsegenskaber, hvilket nogle gange kan gøre revner værre.

Et bedre fyldstof til revner er calciumcarbonat, fordi det binder godt til beton og har lignende strukturelle egenskaber. Forskellige bakterier producerer mineraler af denne art, men frigiver også andre biprodukter, herunder rigelige mængder af nitrogenprodukter som ammoniak. Og det kan skade veje og miljø.

Så materialeforskere har brug for en anden mulighed, og i dag siger Zhang og co, at de har fundet den i form af en svamp kaldet Trichoderma reesei. Den kan spire under en lang række forhold og danne en fibrøs svamp, der fremmer dannelsen af ​​calciumcarbonat.

Deres idé er, at der tilføres svampesporer til betonen, når den blandes og så ligger i dvale, indtil betonen revner. Vand, der strømmer ind i revnerne, får sporerne til at spire og fylder revnerne med svampefibre, der udløser dannelsen af ​​calciumcarbonat - som til sidst udfylder tomrummet.

Det er teorien, men det afgørende spørgsmål er, om det ville fungere i praksis. Så Zhang og co tog ud for at finde ud af det.

Holdet hældte beton i petriskåle og lod det stivne. De hældte derefter et vækstmedium på hver plade og tilføjede forskellige slags svampe. De ventede på at se, hvilke af svampene der ville vokse under de stærkt alkaliske forhold, som beton fremmer.

Resultaterne var afslørende. Kun af alle de testede svampe Trichoderma reesei blomstrede, selv når pH steg til 13. Zhang og co studerede derefter dens fibrøse struktur under et mikroskop og brugte røntgendiffraktion til at analysere de aflejringer, den efterlod. Dataene tydede stærkt på det T. reesei hyfer kan fremme calciumcarbonatudfældning, siger de.

Elektronmikroskopbilleder viser tydeligt de mineraliserede strukturer, som fibrene efterlader.

Intet af det beviser selvfølgelig det Trichoderma reesei sporer kan overleve, hvis de tilsættes beton, når det blandes. Ved første øjekast virker det faktisk usandsynligt. Sporerne skulle sidde i porer i betonen.

Zhang og co målte porerne i den beton, de lavede, og fandt ud af, at de i gennemsnit var omkring en mikrometer i diameter. Men Trichoderma reesei sporer er større - omkring fire mikrometer i diameter. Det tyder på, at de ville blive knust, når betonen sætter sig.

Zhang og co siger, at problemet kunne løses ved at tilføje luftbobler til blandingen, men dette skal undersøges nærmere.

Det er interessant arbejde med en betydelig opside. Hvis Trichoderma reesei viser sig at være den magiske svamp, der kan reparere USA's smuldrende infrastruktur, vil det være en stor velsignelse. Og det er også miljøvenligt - svampen er godartet, hvad angår mennesker, og processen med at danne calciumcarbonat fikserer kulstof fra atmosfæren. Så det fjerner kuldioxid, en vigtig drivhusgas.

Selvfølgelig er der meget arbejde forude for at afgøre, om sporerne vil overleve i beton. Men de tidlige resultater giver anledning til at studere dette nærmere.

Ref: arxiv.org/abs/1708.01337 : Screening af svampe til selvhelbredelse af betonrevner

skjule