Нови само-исцељени, угљен-негативни материјал могао би помоћи у борби против климатских промјена

Биологија често може бити крајња инспирација дизајна. Недавно су инжењери у МИТ-у успели да извуку лист из приче о природи да би дизајнирали материјал који се сам лечи и угљенично негативан. То је добродошло ново средство у борби против климатских промјена и могло би једног дана замијенити тешке материјале као што су бетон са много мање одрживим и еколошки прихватљивим алтернативама.

У новој студији објављеној у Адванцед Материалс, хемијски инжењери су демонстрирали како да дизајнирају материјал који је способан да из ваздуха извуче угљен-диоксид који загрева климу, а затим га користи за раст и поправку. Студија, коју је водио професор Мицхаел Страно на МИТ-у, разбија баријере у области материјалне науке, уз јефтин, једноставан за производњу, самопоправљајући полимер који треба минималан материјал.

"Наш материјал не треба ништа осим атмосферског угљен-диоксида и амбијенталног светла, које су свеприсутне", објашњава коаутор Сеониеонг Квак Инверсе у е-поруци.

Својства самоздрављења често изгледају као драматична чуда резервисана за животињски свијет, на примјер гекони који узгајају репове и звијезде које узгајају цијеле удове (или још дивље, удови који расту цело тело). Човечанство се бавило регенерацијом, успело је да дизајнира меке роботе који могу да поправљају себе и самолечујући премаз за телефон који завршава кошмар разбијених екрана. Међутим, претходне методе често захтијевају вањски улаз, као што су УВ свјетло, гријање или кемијски третман. Овај нови полимер је далеко мање одржаван и има лако приступачан, богат извор енергије: угљен диоксид.

Клоропласти који једу угљеник су кључ

"Замислите синтетички материјал који може расти као дрвеће, узимајући угљеник из угљен-диоксида и уграђујући га у окосницу материјала", објашњава Страно у саопштењу за штампу.

Искориштавањем клоропласта, компоненте биљака које беру и претварају свјетлост у енергију, Страно тим је то омогућио.

Суспендован у хидрогелу је полимер назван аминопропил метакриламид (АПМА), стабилизовани хлоропласти уклоњени из спанаћа, и ензим који се зове глукоза оксидаза (ГОк). Када су изложени сунцу, хлоропласти производе глукозу. Затим се убацује ензим ГОк, претварајући глукозу у глуконолактон (ГЛ), који реагује са АПМА-ом до пуног круга, стварајући сам материјал који чини сам хидрогел, полиметакриламид који садржи глукозу (ГПМАА). Истраживачи могу буквално видети материјал из течне форме.

Иако су кључни за полимер и атрактивни због свог обиља, хлоропласти су такође представили изазовна питања дизајна. Као биолошке компоненте, хлоропласти нису мотивисани да функционишу када се одвоје од својих домова биљака - једном када се одстране, њихове способности фотосинтезе трају само неколико сати до дана, максимално. За сада, хемијска обрада хлоропласта повећала је стабилност и производњу глукозе, али истраживачи се надају да ће прећи на не-биолошку алтернативу.

Самоздрављење за одрживост

Уз све већу хитност развоја одрживих метода живота, полимер обећава да ће помоћи у поновном размишљању о одржавању изграђеног окружења око нас.

"Наш рад показује да угљични диоксид не мора бити само терет и трошак", каже Страно. “То је и прилика у том погледу. Свуда је угљеник. Градимо свијет угљиком. Људи су направљени од угљеника. Стварање материјала који може приступити обилном угљику свуда око нас је значајна прилика за науку о материјалима. На тај начин, наш рад се бави израдом материјала који нису само угљично неутрални, већ и угљични негативни.

Материјал није довољно јак за изградњу великих размјера, али се краткотрајне примјене попут попуњавања пукотина или самозапаљивих премаза могу остварити за само 1-2 године.

"Наука о материјалима никада није произвела нешто овакво", рекао је Страно за МИТ Невс. "Ови материјали опонашају неке аспекте нечег живог, иако се не репродукују."