30 دسامبر 2025، Mrigakshi Dixit-مواد ساختاری آنزیمی (ESM)، یک مصالح ساختمانی قوی، بادوام و قابل بازیافت.موسسه پلیتکنیک ووستر
محققان آمریکایی مواد ساختاری آنزیمی (ESM)، یک جایگزین کربن منفی برای بتن را توسعه دادهاند که دیاکسید کربن را به یک دارایی ساختاری جامد تبدیل میکند.این ماده جدید قوی و مقرون به صرفه، یک جایگزین سبز مناسب برای بتن معمولی است.
ESM که توسط تیمی به رهبری نیما رهبر در موسسه پلیتکنیک ووستر توسعه یافته است، میتواند جایگزین مصالح ساختمانی سنتی در کاربردهایی مانند آجرهای دیواری و عرشههای سقف شود.برخلاف بتن معمولی که پخت آن ۲۸ روز طول میکشد، ESM میتواند در عرض چند ساعت به شکل سازه درآید و این امر آن را برای تولید انبوه بسیار مناسب میکند.
رهبر، نویسنده ارشد، اظهار داشت: «آنچه تیم ما توسعه داده است، یک جایگزین عملی و مقیاسپذیر است که نه تنها انتشار گازهای گلخانهای را کاهش میدهد، بلکه در واقع کربن را نیز جذب میکند.»
تولید بتن برای محیط زیست مضر است. این ماده پرکاربردترین ماده ساخته دست بشر روی زمین است، با این حال تولید آن مسئول ۸ درصد از انتشار جهانی CO2 است.اگر صنعت سیمان جهانی را به عنوان یک کشور در نظر بگیرید، این کشور در رتبه سوم انتشار کربن قرار میگیرد و درست پشت سر دو اقتصاد بزرگ جهان (ایالات متحده و چین) قرار میگیرد.
اما تیمی از محققان در WPI یک متحد بعید در مبارزه با تغییرات اقلیمی پیدا کردهاند: یک آنزیم کوچک.
ماده جادویی در ESM، کربنیک انیدراز است، آنزیمی که در گلبولهای قرمز خون انسان یافت میشود و به ما کمک میکند دی اکسید کربن را از طریق بازدم دفع کنیم. به طور خاص، این ماده روند تبدیل دی اکسید کربن و آب به اسید کربنیک و بلوکهای سازنده ضروری آن در بدن انسان را سرعت میبخشد.
در آزمایشگاه، همین آنزیم واکنش بین آب و دی اکسید کربن را تسریع میکند.این فرآیند به سرعت اسید کربنیک تولید میکند که وقتی با کلسیم ترکیب میشود، باعث تشکیل کریستالهای جامد کلسیت میشود.
این کریستالها به عنوان یک چسب معدنی طبیعی عمل میکنند و یک ماتریس ساختاری از شن و کربن را به هم متصل میکنند تا یک ماده بادوام و سنگ مانند ایجاد کنند.این روش با تقلید از نحوه ساخت صدفها و صخرههای دریایی در طبیعت، گازهای گلخانهای را در یک بلوک ساختمانی جامد و قابل استفاده “به دام میاندازد”.
به جای پخت سنگ آهک در کورههای عظیم سوخت فسیلی در دماهای بالا، ESM در شرایط ملایم و با انرژی کارآمد ایجاد میشود.
نادیده گرفتن این اعداد دشوار است. تولید بتن سنتی حدود 727 پوند (330 کیلوگرم) کربن در هر متر مکعب منتشر میکند. در مقابل، ESM، 13.4 پوند (6.1 کیلوگرم) کربن را جذب میکند.
سرعت فرآیند به همان اندازه مخرب است. بتن معمولی برای رسیدن به مقاومت کامل خود به یک دوره عملآوری ۲۸ روزه نیاز دارد. ESM را میتوان در عرض چند ساعت به شکلهای سازهای قالبگیری کرد.
علاوه بر این، ESM یک ماده با کارایی بالا است که در برابر سختیهای ساخت و ساز مدرن مقاومت میکند.
این ماده دارای مقاومت فشاری متوسط ۲۵.۸ مگاپاسکال است که به راحتی از حداقل الزامات بتن سازهای فراتر میرود.در حالی که بتن استاندارد برای رسیدن به این سطح از دوام به گرمای شدید و زمان انتظار طولانی نیاز دارد، ESM در دماهای ملایم به مقاومت خود دست مییابد و هزینههای انرژی و نیروی کار را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد.علاوه بر این، این ماده حتی در معرض آب نیز پایدار و بادوام باقی میماند و آن را به جایگزینی مناسب و بادوام برای زیرساختهای دنیای واقعی تبدیل میکند.
رهبر گفت: “اگر حتی بخشی از ساخت و ساز جهانی به سمت مواد بدون کربن مانند ESM تغییر کند، تأثیر آن میتواند بسیار زیاد باشد.”
راه رسیدن به فروشگاه ابزار محلی هنوز طولانی است. محققان اکنون به دنبال افزایش تولید و افزایش بیشتر مقاومت این ماده برای آسمانخراشهای سنگین هستند.
این مطالعه نتیجهگیری کرد: «کارهای آینده بر بهبود خواص مکانیکی، تولید در مقیاس بزرگ، دوام و بهرهوری اکولوژیکی متمرکز خواهد بود. توسعه مداوم میتواند کاربردهای ساختاری تقویتشده و کاربردی را در عین حفظ یا کاهش بیشتر انتشار CO2 امکانپذیر کند.»
این یافتهها در مجله Matter منتشر شد.
