Bakterie, které učí sypkou zeminu vyrábět si vlastní cement + test

• Podloží, které je třeba nějak udržet pohromadě
• Co dnes drží podloží pohromadě a co to stojí
• Nechme zeminu, ať si cement vyrobí sama
• Jak se takový nápad zkouší
• Co z toho vzešlo v terénu
• Od patentu ke stavbě
• Proč je to téma pro studenty
• Shrnutí
• Pět otázek: dotáhneš nápad až do konce? (test)

⇑Podloží, které je třeba nějak udržet pohromadě

Téměř každá velká stavba začíná problémem, který na výkresech není vidět: podloží není dost pevné. Města dál rostou a pro nově příchozí potřebují novou infrastrukturu. To, co už stojí, stárne. Zbytek obstarají zemětřesení, eroze a sesuvy půdy a od extrémního počasí se očekává, že zdraží opravy silnic, železnic, náspů, nádrží a hrází.

Někdo tedy musí slabou zeminu přesvědčit, aby se chovala jako něco pevnějšího. Je to celý obor inženýrství a práce v něm přibývá každý rok.

⇑Co dnes drží podloží pohromadě a co to stojí

Standardní odpovědí je pojivo: popílek, vápno nebo cement vtlačované do země. Funguje to a funguje to už desítky let. Má to ale svou cenu. Dostat pojivo do zeminy vyžaduje na stavbě spoustu energie, protože se materiál musí zatlačit pod tlakem. A co jednou jde dolů, už se nevrátí — běžná pojiva mohou nevratně poškodit podzemní vodu i ekosystémy žijící pod povrchem.

⇑Nechme zeminu, ať si cement vyrobí sama

Projekt CEBREWA, koordinovaný na Spolkové polytechnice v Lausanne (EPFL) ve Švýcarsku, vyšel z opačného konce. Místo aby cement vozil k zemině, přináší do ní mikroorganismy. Při svém metabolismu vytvářejí uhličitan vápenatý a v mezerách mezi zrny rostou krystaly kalcitu, až se zrna navzájem spojí. Zemina je tak svázána stejným minerálem, z jakého je vápenec, vzniklým přesně tam, kde je ho potřeba.

„Využíváme biologicky řízenou tvorbu kalcitu, aby si zeminy vytvářely vlastní minerální vazby a nemusely spoléhat na běžná syntetická pojiva“, říká Lyesse Laloui, koordinátor projektu a ředitel Laboratoře mechaniky zemin na EPFL.

⇑Jak se takový nápad zkouší

Bakterie v baňce ještě není stavební technologie. Mezi oběma leží dlouhá řada práce a CEBREWA prošel většinu z ní:

• zobrazování v měřítku jednotlivých pórů, aby bylo vidět, kde krystaly skutečně rostou;
• laboratorní zkoušky ošetřené zeminy;
• numerické modelování, které předpoví, co se děje v rozměrech, jaké se do laboratoře nevejdou;
• velké bioreaktory vyrábějící mikroorganismy v užitečném množství;
• zkoušky stabilizace svahu v plném měřítku venku.

„Technologii jsme hodnotili od měřítka pórů po měřítko terénu“, říká Laloui. „K tomu jsme použili pokročilé zobrazování, laboratorní zkoušky a numerické modelování.“

⇑Co z toho vzešlo v terénu

Projekt trval osmnáct měsíců, od 1. února 2021 do 31. července 2022, s příspěvkem EU ve výši 150 000 € na základě grantové smlouvy 963913. Za tu dobu přestala být biocementace laboratorní kuriozitou a stala se něčím, co může inženýr skutečně navrhnout: výsledkem jsou návrhové a monitorovací nástroje pro ochranu proti erozi, zvýšení únosnosti, stabilizaci svahů a zpevnění silnic.

Osmnáct měsíců je krátká doba. Stačí na to, aby se ukázalo, že věc přežije i mimo budovu, ale k jejímu dokončení zdaleka nestačí.

⇑Od patentu ke stavbě

Věda nezačala v roce 2021. Biocementační technologie byly patentovány v projektu BIOGEOS (grant 788587), dřívějším projektu financovaném Evropskou radou pro výzkum; CEBREWA byl krok, který ověřoval, zda mohou opustit univerzitu. „Technologie se už přenáší prostřednictvím patentů a spin-offu EPFL Medusoil“, říká Laloui.

To, co přijde dál, zní mnohem méně vzrušivě než pěstování minerálů pomocí bakterií, a práce je při tom přinejmenším stejně: mezinárodní certifikace (ISO, CE), normy, postupy kontroly kvality. Žádný zhotovitel nevlije neznámý materiál do svahu, který drží silnici. Certifikace není papírování okolo technologie — je její součástí.

⇑Proč je to téma pro studenty

Jeden takový projekt potřebuje v jedné místnosti mikrobiologii, geotechniku, chemii a numerické modelování a k tomu někoho, kdo dokáže mezi nimi tlumočit. To je docela dobrý argument proti tomu, brát studijní program jako plot.

Druhá lekce je méně zřejmá. „Naší ambicí je učinit zlepšování zemin výrazně méně uhlíkově náročným, méně invazivním a šetrnějším k životnímu prostředí bez ústupků v technickém výkonu“, říká Laloui — a právě ve druhé polovině té věty leží to těžké. Výsledek v laboratoři a technologie na trhu jsou dvě různé věci a obě potřebují lidi.

⇑Shrnutí

Projekt CEBREWA využil mikroorganismy k tomu, aby si zemina vyráběla vlastní minerální pojivo, místo aby dostávala cement z míchačky, a vyzkoušel tento nápad od měřítka pórů až po skutečný svah. Za osmnáct měsíců dodal návrhové a monitorovací nástroje a předal technologii spin-offu Medusoil; certifikace a standardizace ho ještě čekají. Zajímavé nejsou bakterie. Zajímavé je, že proces, který příroda provozuje miliony let, se ukázal jako použitelný ve stavebním inženýrství, jakmile u jednoho stolu usedlo dost oborů.

⇑Pět otázek: dotáhneš nápad až do konce? (test)