Baktérie, ktoré učia sypkú zeminu vyrábať si vlastný cement + test

• Podložie, ktoré treba nejako udržať pohromade
• Čo dnes drží podložie pohromade a koľko to stojí
• Nechajme zeminu, nech si cement vyrobí sama
• Ako sa takýto nápad skúša
• Čo z toho vzišlo v teréne
• Od patentu k stavbe
• Prečo je to téma pre študentov
• Zhrnutie
• Päť otázok: dotiahneš nápad až do konca? (test)

⇑Podložie, ktoré treba nejako udržať pohromade

Takmer každá veľká stavba začína problémom, ktorý na výkresoch nie je vidieť: podložie nie je dosť pevné. Mestá ďalej rastú a pre nových obyvateľov potrebujú novú infraštruktúru. To, čo už stojí, starne. Zvyšok obstarajú zemetrasenia, erózia a zosuvy pôdy a od extrémneho počasia sa očakáva, že predraží opravy ciest, železníc, násypov, nádrží a hrádzí.

Niekto teda musí slabú zeminu presvedčiť, aby sa správala ako niečo pevnejšie. Je to celý odbor inžinierstva a práce v ňom pribúda každý rok.

⇑Čo dnes drží podložie pohromade a koľko to stojí

Štandardnou odpoveďou je spojivo: popolček, vápno alebo cement vtláčaný do zeme. Funguje to a funguje to už desaťročia. Má to však svoju cenu. Dostať spojivo do zeminy si na stavbe vyžaduje veľa energie, pretože sa materiál musí zatlačiť pod tlakom. A čo raz ide dole, už sa nevráti — bežné spojivá môžu nezvratne poškodiť podzemnú vodu aj ekosystémy žijúce pod povrchom.

⇑Nechajme zeminu, nech si cement vyrobí sama

Projekt CEBREWA, ktorý koordinuje Spolková polytechnická škola v Lausanne (EPFL) vo Švajčiarsku, vyšiel z opačného konca. Namiesto toho, aby cement vozil k zemine, prináša do nej mikroorganizmy. Pri svojom metabolizme vytvárajú uhličitan vápenatý a v medzerách medzi zrnami rastú kryštály kalcitu, kým sa zrná navzájom nespoja. Zemina je tak spojená rovnakým minerálom, z akého je vápenec, vzniknutým presne tam, kde je potrebný.

„Využívame biologicky riadenú tvorbu kalcitu, aby si zeminy vytvárali vlastné minerálne väzby a nemuseli sa spoliehať na bežné syntetické spojivá“, hovorí Lyesse Laloui, koordinátor projektu a riaditeľ Laboratória mechaniky zemín na EPFL.

⇑Ako sa takýto nápad skúša

Baktérie vo fľaši ešte nie sú stavebná technológia. Medzi jedným a druhým leží dlhý rad práce a CEBREWA prešiel väčšinu z nej:

• zobrazovanie v meradle jednotlivých pórov, aby bolo vidieť, kde kryštály skutočne rastú;
• laboratórne skúšky ošetrenej zeminy;
• numerické modelovanie, ktoré predpovie, čo sa deje v rozmeroch, aké sa do laboratória nezmestia;
• veľké bioreaktory vyrábajúce mikroorganizmy v užitočnom množstve;
• skúšky stabilizácie svahu v plnom meradle vonku.

„Technológiu sme hodnotili od meradla pórov po meradlo terénu“, hovorí Laloui. „Použili sme na to pokročilé zobrazovanie, laboratórne skúšky a numerické modelovanie.“

⇑Čo z toho vzišlo v teréne

Projekt trval osemnásť mesiacov, od 1. februára 2021 do 31. júla 2022, s príspevkom EÚ vo výške 150 000 € na základe grantovej zmluvy 963913. Za ten čas prestala byť biocementácia laboratórnou kuriozitou a stala sa niečím, čo môže inžinier skutočne navrhnúť: výsledkom sú návrhové a monitorovacie nástroje na ochranu proti erózii, zvýšenie únosnosti, stabilizáciu svahov a spevnenie ciest.

Osemnásť mesiacov je krátky čas. Stačí to na to, aby sa ukázalo, že vec prežije aj mimo budovy, ale na jej dokončenie to ani zďaleka nestačí.

⇑Od patentu k stavbe

Veda nezačala v roku 2021. Biocementačné technológie boli patentované v projekte BIOGEOS (grant 788587), skoršom projekte financovanom Európskou radou pre výskum; CEBREWA bol krok, ktorý overoval, či môžu opustiť univerzitu vôbec. „Technológia sa už prenáša prostredníctvom patentov a spin-offu EPFL Medusoil“, hovorí Laloui.

To, čo príde ďalej, znie oveľa menej vzrušujúco ako pestovanie minerálov pomocou baktérií, a práce je pri tom prinajmenšom rovnako: medzinárodná certifikácia (ISO, CE), normy, postupy kontroly kvality. Žiadny zhotoviteľ nevleje neznámy materiál do svahu, ktorý drží cestu. Certifikácia nie je papierovanie okolo technológie — je jej súčasťou.

⇑Prečo je to téma pre študentov

Jeden takýto projekt potrebuje v jednej miestnosti mikrobiológiu, geotechniku, chémiu a numerické modelovanie a k tomu niekoho, kto vie medzi nimi tlmočiť. To je celkom dobrý argument proti tomu, brať študijný program ako plot.

Druhá lekcia je menej zrejmá. „Naším cieľom je urobiť zlepšovanie zemín výrazne menej uhlíkovo náročným, menej invazívnym a šetrnejším k životnému prostrediu bez ústupkov v technickom výkone“, hovorí Laloui — a práve v druhej polovici tej vety leží to ťažké. Výsledok v laboratóriu a technológia na trhu sú dve rôzne veci a obe potrebujú ľudí.

⇑Zhrnutie

Projekt CEBREWA využil mikroorganizmy na to, aby si zemina vyrábala vlastné minerálne spojivo, namiesto toho, aby dostávala cement z miešačky, a vyskúšal tento nápad od meradla pórov až po skutočný svah. Za osemnásť mesiacov dodal návrhové a monitorovacie nástroje a odovzdal technológiu spin-offu Medusoil; certifikácia a štandardizácia ho ešte čakajú. Zaujímavé nie sú baktérie. Zaujímavé je, že proces, ktorý príroda prevádzkuje milióny rokov, sa ukázal ako použiteľný v stavebnom inžinierstve, len čo za jeden stôl sadlo dosť odborov.

⇑Päť otázok: dotiahneš nápad až do konca? (test)