Produkcja cementu na potrzeby budownictwa jest procesem energochłonnym. Potencjalną alternatywą dla cementu jest biocementacja z wykorzystaniem nieszkodliwych kultur bakterii, wytwarzających węglan wapnia, czyli inaczej kalcyt (CaCO3), w środowisku naturalnym będący budulcem skał wapiennych. Na zasadzie biocementacji ziarna sproszkowanego surowca nieorganicznego wiązane są w zwartą strukturę powiązanych kryształów kalcytu.
Na Politechnice Federalnej w Zurychu (ETH) trwają badania nad połączeniem biocementacji MICP (microbiologically induced calcite precipitation) z możliwościami druku 3D w zintegrowanym procesie wytwarzania struktur przestrzennych. Proponowane są dwa warianty technologiczne. W jednym z nich surowiec w postaci pasty na bazie piasku, zawierający żywe kultury bakterii Sporosarcina Pasteurii, aplikowany jest przy pomocy dyszy ekstruzyjnej, a następnie zanurzany w kąpieli wodnej z pożywką dla bakterii. Utrwalenie depozytu realizowane jest poprzez kalcytyzację, tworzącą mechaniczne związanie drobin piasku i zachodzi bez potrzeby dostarczania ciepła z zewnątrz. Dzięki temu uzyskane struktury nie są narażone na delaminację i skurcz przy wysychaniu.
Drugi wariant inspirowany jest występującymi w przyrodzie stromatolitami, warstwowymi formacjami skał węglanowych, powstającymi na skutek aktywności biologicznej sinic, w wyniku której zachodzi sedymentacja osadów i cementacja lamin skalnych. W ramach metodologii RBS (robotic biocementation spraying), warstwowy charakter i proces sedymentacji replikowany jest poprzez sukcesywne nanoszenie warstw piasku, kultur bakterii i środków polimerowych, za pomocą specjalizowanej głowicy robota. Warstwowy przebieg procesu eliminuje etap zanurzania wyrobu w kąpieli, co ułatwia wytwarzanie struktur o bardziej rozległej powierzchni.
Postulowane przez naukowców biogeniczne utrwalanie surowców nieorganicznych nie stanowi na razie gotowej metody produkcyjnej, lecz raczej jest demonstracją potencjału, wynikającego z połączenia aktywności biologicznej mikroorganizmów z innowacyjnymi procesami technologicznymi. W przyszłości może jednak przyczynić się do zmiany podejścia do sposobu budowy struktur przestrzennych z materiałów nieorganicznych w do zastosowań architektonicznych i budowlanych.
ethz.ch
