Бригада бактерій

Горезвісне «квартирне питання» здатне зіпсувати не тільки людей. Одних тільки цеглин для будівництва виробляється близько півтора трильйони на рік — це один з наймасовіших продуктів сучасної цивілізації. Звичайні керамічні цеглини отримують обпалюванням глини, витрачаючи масу енергії. Цей процес призводить до надходження в атмосферу вуглекислого газу, обсяги якого досягають приблизно 800 млн тонн щорічно. Але цього все одно мало. Сотні мільйонів людей відчувають нестачу житла, і фахівці говорять про необхідність нарощувати виробництво: більше енергії, більше матеріалу, більше цеглин — більше будинків. Але інші експерти пропонують уважніше подивитися навколо.

Біоцемент і біокірга

Джинджер Досьє

Освіта: Академія мистецтв Кренбрук, архітектор

Компанія: bioMASON

«В ідеалі ми прагнемо отримати щось на зразок порошку або концентрату. У такій формі матеріал можна зручно доставляти до місця будівництва. Залишиться просто додати води «.

Мікроорганізми — великі будівельники, які накопичували досвід ще з докембрія, коли з’явилися перші шляхи біомінералізації. Цілий ряд хімічних процесів у живій клітині призводить до утворення карбонату кальцію, який накопичується твердим нерозчинним осадом, відкладеннями кальциту, арагоніту або ватеріту. Це складні мінеральні утворення, які іноді легко сплутати з творами людських рук. Гори вапняку, мелу, мармуру. Спостерігати біопреципітацію карбонату кальцію можна і в менших масштабах. Дрібні, нешкідливі і широко поширені грунтовані бактерії Sporosarcina pasteurii викликають локальне «цементування» і затвердження піску. Цю їх здатність ще в 2008 році швед Магнус Ларссон запропонував використовувати для створення на заході Африки штучного кордону перед зростаючими пустелями. Пізніше до схожої ідеї прийшла і Джинджер Досьє, яка тоді очолювала кафедру архітектури Американського університету Шарджі в ОАЕ. Вона довела технологію до логічної межі, запропонувавши метод «мікробіологічно індукованої преципітації карбонату кальцію» (MICP) для виробництва будівельних цеглин. Як і у традиційних цеглин і цементу, все починається з піску. Його засипають у форми, змішавши з хлоридом кальцію і сечовиною — абсолютно безпечними речовинами, що використовуються навіть як харчові добавки (E509 і E927b). Залишається додати «магічне зілля» — бактеріальний препарат S. pasteurii, — і через два-п’ять днів цегла затвердіє до необхідної міцності.

Успішно представивши проект на міжнародних форумах, Джинджер зібрала стартове фінансування, в 2012 році заснувала стартап bceMASON і стала вдосконалювати технологію. Незабаром у Північній Кароліні відкрилося дослідне виробництво, здатне видавати від 500 до 1500 «біокирпичів» на тиждень. Вони вже проходять випробування в природних умовах, а тим часом в bceMASON відпрацьовують методи отримання незвичайних цеглин — здатних поглинати забруднення з повітря, що змінюють колір залежно від вологості або просто світяться в темряві.

Біофундамент і біодома

Поки Джинджер Досьє проводила свої перші досліди, студенти Ньюкаслського університету експериментували з бацилами Bacillus subtilis. Отримана ними ГМ-лінія BacillaFilla призначена для ремонту бетонних конструкцій. Проникаючи вглиб тріщини, бацили проводять мінералізацію і заповнюють її карбонатом кальцію, який додатково зміцнюється клейким полісахаридом леваном. Для контролю процесу біологи скоригували роботу сигнальних шляхів, за допомогою яких бактерії координують свою колективну активність. Це дозволяє штучно стимулювати у всій популяції активний синтез левана і карбонату та утворення твердої плівки, що заповнює тріщину.

Живі стіни

Спеціально створений штам бацилл BacillaFilla стійкий до характерних для цементу високих значень pH, проникає в тріщини і скріплює їх. Для контролю їх поведінки використовують модифіковані сигнальні шляхи, якими бактерії користуються в рамках «почуття кворуму», координуючи свою спільну активність.

Проект отримав несподіваний розвиток: професор Ньюкаслського університету Мартін Дейд-Робертсон звернув увагу на те, що бактерії чудово ростуть під високим тиском. Підвищуючи його до 10 атм., вчений ідентифікував 122 гени, які «включаються» у B. subtilis в таких екстремальних умовах. Дейд-Робертсон пропонує використовувати цю особливість для зміцнення фундаментів. Достатньо внести в ґрунт мікроби, що продукують карбонат кальцію у відповідь на підвищений тиск, — і вона буде природним чином цементуватися під будівлею, стаючи тим тверіше, чим вище навантаження.

Деякі проекти привертають інтерес вельми серйозних інвесторів. І хоча до зведення цілих будівель на «біофундаменті» і з «біокирпичів» поки далеко, бактерії можуть проникнути на будмайданчик поступово. Тут знову доведеться згадати Ньюкаслський університет: тут, на кафедрі експериментальної архітектури, професор Рейчел Армстронг за підтримки Євросоюзу координує реалізацію проекту «Жива архітектура» (Living Architecture, LiAr). Вчені з LiAr намагаються внести мікроби в вже використовувані керамічні цеглини. Восени 2016 року команда Армстронг представила прототип «вдосконалених» цеглин, на порожнині яких внесено коктейль з речовин і мікроорганізмів, що перетворює їх на мікробні паливні осередки, здатні виробляти електрику, заодно очищаючи повітря або використану воду. За запевненням учасників проекту LiAr, довести технологію до готового до використання рівня можна років за десять. Масштабне виробництво зробить такі цеглини ненабагато дорожчими за традиційні, а до того часу, мабуть, підоспіють і повністю «мікробні» будівельні матеріали.