Yaşayan Malzemeler Laboratuvarı

İnsan nüfusu arttıkça, inşa edilmiş çevre de onlarla birlikte genişliyor, gökdelenler ve çok katlı binalar kent koridorlarının üzerinde yükseliyor ancak inşaat malzemeleri üretmek genellikle yeşil alanları betonla değiştirdiğimiz için fosil yakıtların yakılması anlamına geliyor.

Wil Srubar, fosil yakıtlar ve büyük karbon emisyonları olmadan üretilebilen, doğadan ilham alan bir beton alternatifiyle bu döngüyü bozmayı umuyor. Bu, Colorado Boulder Üniversitesindeki disiplinlerarası Yaşayan Malzemeler Laboratuvarında yapılan çalışmaların yalnızca bir sonucudur.

Yapı mühendisi olan Srubar, laboratuvarına biyologlar, kimyagerler, fizikçiler, malzeme bilimcileri ve çok sayıda mühendisi işe alarak biyomimetik yapı malzemeleri tasarlıyor. İnsan dolaşım sisteminden esinlenerek, çatlakları kendi kendine onarabilen, lifli mantarlardan oluşan damar benzeri sistemlere sahip beton, bakteri ve biyopolimerlerle güçlendirilmiş 3D yazdırılmış toprak malzemeler veya doğal biyolüminesanstan yararlanan mekânlarda kullanılmak üzere tasarlanmış ışık yayan mimari malzemeler düşünün.

Robin Donovan, Srubar ile daha yeşil şehirler inşa etme, mentorluk ve gelecek nesil bilim, teknoloji, mühendislik ve matematik (STEM) araştırmacılarını işe alma konularında aşağıdaki röportajı gerçekleştirdi.

Yaşayan Malzemeleri Laboratuvarında yanıtlamaya çalıştığınız en büyük soru nedir?

Yapılı çevre ile doğal dünya arasındaki sınırları nasıl ortadan kaldırabiliriz? Yapılı çevrenin muazzam çevresel sonuçları olmuş ve olmaya devam edecektir. Çimento üretimi, (insan kaynaklı) küresel karbondioksit emisyonlarının %8’ine neden oluyor ve bu sadece bir malzeme. Doğadan öğrenerek, malzemeleri verimli ve sürdürülebilir şekilde üretme yeteneğini kullanarak ve canlı ile cansız arasındaki sınırları belirsizleştirerek gerçek anlamda sürdürülebilir ve yenileyici bir dünyaya bir adım daha yaklaşıyoruz.

Canlı betonunuz geleneksel betondan nasıl farklı? Karbonu hapsetmek için neden çekici bir yöntemdir?

Normal beton, çimentonun su ile karıştırılması, kum, kayaç agregası ve kömürün yanması sonucu oluşan uçucu kül, cüruf gibi diğer tamamlayıcı çimento benzeri malzemelerin eklenmesiyle yapılır. Çimento, kireç taşı, kil ve bazen diğer minerallerin 1500 °C’ye kadar sıcaklıklarda yakılmasıyla üretilir. Kireç taşının kalsiyum oksit ve karbondioksite ayrışması için fosil yakıtlar yakılmasıyla fırın ısıtılır ve  karbondioksit salınır.

Çimento ve betonu doğanın istediği şekilde yapmak

İcat ettiğimiz madde kimyasal olarak farklı. Kayaları yakıp toz hâline getirmek veya fosil yakıtları yakmak yerine, ortam sıcaklığına ve basıncına, ayrıca bazı mikroorganizmaların betona benzer kaya benzeri özelliklere sahip mineraller yaratma konusundaki doğuştan gelen yeteneğine güveniyoruz. Teknolojinin merkezinde güneş ışığıyla çalışan minik algler yer alıyor. Bu mikroorganizmalar, belirli bir biyokimyasal ortamda doğal bir biyoçimento olan kalsiyum karbonat üretirler. Bu durum okyanusta mercan resiflerinin veya kabuklarının oluşumuna benziyor.

Wil Srubar’ın siyanobakteriler kullanarak geliştirdiği tuğla benzeri canlı yapı malzemesi için kalıplar

Biyobloklarımız, ASTM International tarafından yapısal ve yapısal olmayan beton duvar örgüsü birimi olarak kullanılmak üzere belirlenen performans özelliklerini karşılayan ve hatta çoğu zaman aşan bir beton alternatifidir.

20 yıl sonra, sokakta yürürken, “Vay canına, bu canlı beton gerçekten de çok başarılıymış.” diye düşünecek olsanız ne görürsünüz?

Ben gerçekçi bakış açısına sahip bir iyimserim. Geleceğin şehirlerini inşa etmek için sadece canlı beton mu kullanacağız? İyimser tarafım bunun gerçek olabileceğini söylüyor ancak gerçekçi olarak, farklı performans uygulamalarını karşılamak için çok sayıda malzemenin tasarlanması gerekeceğini de biliyorum.

Gelecekte, şehir kaldırımlarında yürürken canlı betonun yeni inşaat uygulamalarında kullanıldığını ve yalnızca inşa edilmiş çevremizin değil, aynı zamanda her gün kullandığımız ürünlerin, makinelerin, cihazların vb. yapısını oluşturan bir dizi başka doğal, yenileyici malzemeyi görmeyi umuyorum.

Laboratuvarımızda yaptığımız işlerin çoğu başkalarına ilham vermek içindir. Burada ektiğimiz tohum, diğer araştırmacıların, bilim insanlarının ve mühendislerin yaptığımız şeylerden ilham almasını ve canlı organizmaları kullanarak malzemeler, yapılar ve cihazlar üretmenin başka yollarını düşünmelerini sağlamaktadır.

Materyallerinizi iki yeni girişim ve bir fonlama şirketi aracılığıyla kamuoyuyla paylaşmayı umuyorsunuz. Çalışmalarınızı laboratuvardan kentsel alanlara aktarmada ne gibi ilerlemeler kaydettiniz ve karşılaştığınız en büyük zorluk nedir?

Hayalimizdeki sonuçlar zaten gerçekleşiyor. Colorado, Longmont’taki bir tesiste canlı beton biyobloklar üreten bir girişim olan Prometheus Materials’ı kurdum. Chicago’da daha önce, duvar ustalarının biyobloklarla mimari bir sergi inşa ettiği bir demo projesi yapılmıştı. Biyobloklar gerçek binalarda da kullanıldı, bunlardan biri Seattle’daki binaydı. Diğer sektörlerden farklı olarak inşaat sektörü her zaman ölçek ve maliyetle sınırlıdır. Teknoloji çalışmıyor değil, hedef uygulamalarda mevcut malzemelerle rekabet edebilmek için üretim açısından ölçeklenebilir ve maliyet açısından etkili yöntemler ve süreçler bulmanız gerekir.

Çalışmalarınız sadece canlı betonla sınırlı değil. Laboratuvarınızdaki hangi diğer projeler sizi heyecanlandırıyor?

Canlı beton dışında en umut vadeden çalışmam karbon-negatif çimentoyla ilgiliydi. Güneş ışığını, deniz suyunu ve karbondioksiti kullanarak gerçek zamanlı olarak kireç taşı yetiştirmek için küçük mikroalgler olan kokolitoforların yeteneğinden yararlanıyoruz. Bu karbon-negatif kireç taşı, karbon-negatif çimento üretimi de dâhil olmak üzere çeşitli yapı malzemesi uygulamalarında kullanılabilir. Ayrıca doğada bulunan antifriz proteinlerinin davranışını taklit eden polimerler tasarladık ve sentezledik, böylece betonun donma-çözülme hasarına daha az maruz kalması sağlandı.

Kaynak: https://cen.acs.org/materials/Wil-Srubars-lab-full-living/103/i3