فرآیندی که ۳.۵ میلیارد سال پیش برای حذف دی اکسید کربن و دادن جو اکسیژن حیات‌بخش به زمین تکمیل شد، توسط تاتوا، یک شرکت منشعب از UCL، برای ایجاد ماده زیستی فوق سبک برای اجزای ساختمان استفاده می‌شود.
پرانتار تامولی، یکی از بنیانگذاران، فرآیندی منحصر به فرد را توسعه داده است که تنها در عرض چند روز یک ماده سه‌بعدی جداسازی کربن تشکیل می‌دهد، در حالی که ترکیبی نادر از خواص را ارائه می‌دهد: استحکام بالا، عایق حرارتی و صوتی عالی، مقاومت در برابر آتش و شفافیت.
جایگزین‌های پایدار برای صنعت ساخت و ساز
مواد زیستی جایگزینی برای سیمان و پلاستیک‌هایی هستند که به طور گسترده در بخش ساخت و ساز استفاده می‌شوند – که ۳۷٪ از انتشار دی اکسید کربن جهانی را تشکیل می‌دهند. اما چالش نوآوران این است که چگونه ارزش درک‌شده بالاتری را ارائه دهند، زیرا این صنعت حساس به هزینه، محافظه‌کار و بسیار قانونمند است.
استیون رابرتز، یکی از بنیانگذاران و مدیر تاتوا، که از برنامه طراحی یکپارچه زیستی UCL منشعب شده است، توضیح می‌دهد که افزایش هزینه کربن به تغییر موازنه به نفع مواد زیستی و تسریع توسعه آنها کمک می‌کند.
«فرآیند تولید تاتوا به ازای هر ۴ متر مکعب ماده تولید شده، یک تن دی اکسید کربن را محبوس می‌کند، اما این به تنهایی برای نفوذ در بازار کافی نیست. مواد جدید برای پذیرش در بازار باید شبیه به محصولات موجود باشند، اما همچنین باید خواص اضافی ارائه دهند تا قیمت بالاتر را توجیه کنند.»
ترکیب خواص جدید ارائه شده توسط اولین محصول تاتوا، استرومات، مورد توجه کاتنیک، بخشی از گروه چندملیتی تاتا استیل، قرار گرفت. تاتوا و کاتنیک به تازگی یک دوره نوآوری را برای بررسی پتانسیل استفاده از استرومات به عنوان جایگزینی برای مواد معمولی به پایان رسانده‌اند. پرانتار تامولی، یکی از بنیانگذاران تاتوا، با ماده زیستی جدیدش، سومات، که با فتوسنتز سیانوباکتری‌ها توسعه یافته است.
پرانتار تامولی، یکی از بنیانگذاران تاتوا، با ماده زیستی جدیدش، استرومات، که با فتوسنتز سیانوباکتری‌ها توسعه یافته است.
در طول قرنطینه بود که پرانتار تامولی، یکی از بنیانگذاران مهندسی بیوشیمی UCL، از یک سیانوباکتری فتوسنتزی به نام کامپتونما انیمال الهام گرفت. در طبیعت، این سیانوباکتری در رشته‌های طولانی رشد می‌کند و بیوفیلم‌های چسبنده‌ای ایجاد می‌کند که دانه‌های شن و کلسیم را به دام می‌اندازد، به هم می‌چسباند و سیمان می‌کند.
این ماده به یک ساختار سنگی فسیل شده به نام استروماتولیت‌ها تبدیل می‌شود و کربن را به صورت کربنات کلسیم جذب می‌کند و اکسیژن را در هوا آزاد می‌کند. مقادیر قابل توجهی دی اکسید کربن در طول فرآیند اولیه کانی‌سازی زیستی حذف می‌شوند، اما از آنجایی که استروماتولیت یک ساختار زنده باقی می‌ماند، این فرآیند برای همیشه در سطح پایین ادامه می‌یابد. پرانتار پتانسیل آن را به عنوان یک ماده زیستی جدید دید.
به طور طبیعی، کانی‌سازی زیستی هزاران سال طول می‌کشد، اما تاتوا فرآیند جدیدی را برای کشت سیانوباکتری‌ها با استفاده از فناوری مشابه آنچه در کشاورزی عمودی استفاده می‌شود، توسعه داده است.
پرانتار توضیح می‌دهد: «بزرگترین چالش مواد زیستی، مقیاس‌بندی آنها برای برآوردن اندازه و تقاضای صنعت ساختمان است و ما در خط مقدم حل این چالش هستیم. ما می‌توانیم استرومات را در مقیاس یک متری در عرض 10 روز یا کمتر پرورش دهیم. این امر با توسعه یک اکولوژی سیانوباکتری با رشد سریع از بیش از 25 گونه، ادغام بینش‌هایی از زمینه‌هایی مانند مهندسی بافت مصنوعی و طراحی پیشرفته‌ترین فتوبیوراکتورهای حالت جامد تا به امروز امکان‌پذیر شده است.»
هدف، ایجاد یک مرکز کاملاً خودکار برای رشد اجزای مدولار سبک و قوی برای استفاده در ساخت و ساز، محوطه سازی یا مهندسی عمران است. این فرآیند ارگانیک همچنین امکان قالب گیری اجزا را به اشکال پیچیده فراهم می‌کند.
ترکیب بدیع خواص
استرومات ترکیبی نادر از خواص با ارزش بالا را ارائه می‌دهد. می‌توان از آن برای ایجاد پنل‌های شفافی استفاده کرد که به اندازه آجر (3 مگاپاسکال) قوی اما پنج برابر سبک‌تر هستند، در حالی که مقاومت در برابر آتش A1 و عایق صوتی و حرارتی قابل توجهی (0.03 W/mK) ارائه می‌دهند.
تاتوا روشی برای کنترل رشد باکتری‌ها پیدا کرده است تا تغییرات این خواص را برای دستیابی به یک مشخصات خاص ایجاد کند. کاربردهای بالقوه شامل عایق صوتی آکوستیک برای دفاتر با پلان باز؛ آجرهای تزئینی برای ورود نور در عین حفظ حریم خصوصی و دما؛ جایگزینی مقاوم در برابر آتش برای فوم‌های پلی استایرن است.
مواد زیستی می‌توانند جایگزین‌های کم کربن را برای صنعت ساختمان ارائه دهند.
یکی از شرکت‌هایی که علاقه‌مند به بررسی مصالح ساختمانی سبزتر است، کاتنیک، تولیدکننده پیشرو در نعل درگاه‌های فولادی است. و مصالح سقف. این شرکت به دنبال نوآوری برای پشتیبانی از سفر صفر خالص خود بود، بسیاری از محصولاتی که برای ساخت و ساز استفاده می‌شوند از … مشتق شده‌اند.
سوخت‌های فسیلی.
کاتنیک به سرعت متوجه شد که استرومات یک ماده جایگزین جذاب‌تر برای محیط زیست ارائه می‌دهد که خواص بدیع بسیاری را ارائه می‌دهد. پیشنهاد تاتوا پذیرفته شد و شرکت‌ها در یک رقابت نوآوری برای ارائه اثبات مفهوم همکاری کرده‌اند.
نیاز به تغییر
ریچارد پرایس از کاتنیک می‌گوید: “صنعت ساخت و ساز باید به سمت راه‌حل‌های کم‌کربن‌تر تکامل یابد و مواد زیست‌مهندسی پیشگام تاتوا یک رویکرد واقعاً نوآورانه ارائه می‌دهند. توانایی استرومات در جداسازی CO₂ در عین ارائه استحکام، مقاومت در برابر آتش و عایق‌بندی کاملاً با تعهد ما به پایداری همسو است.”
این پروژه توسط تاتوا به خوبی مورد استقبال قرار گرفت.
ریچارد ادامه می‌دهد: “کار با تاتوا یک تجربه استثنایی بوده است. حرفه‌ای بودن، تخصص علمی و تعهد آنها به نوآوری در هر مرحله از همکاری ما مشهود بوده است. رویکرد دقیق آنها برای توسعه استرومات و توانایی آنها در تبدیل تحقیقات پیشگامانه به کاربردهای دنیای واقعی، آنها را به یک شریک ارزشمند در پیشبرد مصالح ساختمانی پایدار تبدیل می‌کند.”
حمایت UKRI برای ماده زیستی جدید
شرکت تاتوا، مبلغ ۶۵۰ هزار پوند (به عنوان بخشی از کل ۹۵۰ هزار پوند درخواست) کمک‌های مالی هوشمند Innovate UK از دولت بریتانیا دریافت کرده است – تا فرآیند جداسازی CO2 پیشرفته خود را گسترش داده و پایه‌های یک پلتفرم کشف سیانوباکتری‌های پیشگام را بنا نهد.
یک کارخانه آزمایشی قبلاً قابلیت مقیاس‌پذیری ماده خام را تأیید کرده است و پنل‌هایی از این ماده زیستی در یک ساختمان زنده در باغ گیاه‌شناسی سنت اندروز در اسکاتلند استفاده می‌شود.
پرانتار اظهار داشت: “این بودجه، تأیید قابل توجهی از ماده زیستی منحصر به فرد ما ارائه می‌دهد. من از اساتید راهنمای دکترای خود، دکتر برندا پارکر، مهندسی بیوشیمی UCL و پروفسور مارکوس کروز از دانشکده معماری UCL Bartlett، برای حمایت و تشویقشان که به ما در رسیدن به این مرحله کمک کرده است، بسیار سپاسگزارم.”
