Novi samozapaljivi, ugljično-negativni materijal mogao bi pomoći u borbi protiv klimatskih promjena

Biologija često može biti krajnja inspiracija dizajna. Nedavno su inženjeri u MIT-u uspjeli izvući list iz priče o prirodi kako bi dizajnirali materijal koji se sam ozdravlja i ugljik-negativne. To je dobrodošao novi alat u borbi protiv klimatskih promjena i mogao bi jednog dana zamijeniti teške materijale kao što su beton s daleko manje održivim i ekološki prihvatljivim alternativama.

U novoj studiji objavljenoj u Napredni materijali, kemijski inženjeri pokazali su kako dizajnirati materijal sposoban za crpljenje ugljičnog dioksida koji zagrijava klimu iz zraka, a zatim ga koristiti za rast i popravak. Studija, koju je vodio profesor Michael Strano na MIT-u, razbija prepreke u području znanosti o materijalima, uz jeftin, jednostavan za proizvodnju polimer koji se sam popravlja i kojem je potreban minimalan materijal.

"Naš materijal ne treba ništa osim atmosferskog ugljičnog dioksida i ambijentalnog svjetla, koje su sveprisutne", objašnjava koautor Seonyeong Kwak Inverzan u e-pošti.

Čini se da su svojstva samoliječenja dramatična čuda koja su rezervirana za životinjski svijet, na primjer gekoni koji uzgajaju repove i zvijezde koje uzgajaju cijeli udovi (ili još divlje, udovi koji rastu nazad cijelo tijelo). Čovječanstvo se bavilo regeneracijom, uspijevajući dizajnirati meke robote koji se mogu popraviti i premaz za samoizlječenje telefona kako bi se okončala noćna mora razbijenih zaslona. Ali prethodne metode često zahtijevaju vanjski ulaz, kao što su UV svjetlo, grijanje ili kemijska obrada. Ovaj novi polimer je daleko manje održavan i ima lako pristupačan, bogat izvor energije: ugljični dioksid.

Kloroplasti koji jedu ugljik su ključ

"Zamislite sintetički materijal koji bi mogao rasti kao drveće, uzimati ugljik iz ugljičnog dioksida i ugrađivati ​​ga u kralježnicu materijala", objašnjava Strano u priopćenju za tisak.

Iskoristivši kloroplaste, komponentu biljaka koje žanju i pretvaraju svjetlost u energiju, Strano je to učinio mogućim.

Suspendiran u hidrogelu je polimer nazvan aminopropil metakrilamid (APMA), stabilizirani kloroplasti uklonjeni iz špinata i enzim koji se zove glukoza oksidaza (GOx). Kada su izloženi suncu, kloroplasti proizvode glukozu. Zatim se uvodi enzim GOx, pretvarajući glukozu u glukonolakton (GL), koji reagira s APMA-om kako bi došao do punog kruga, stvarajući sam materijal koji čini sam hidrogel, polimetakrilamid koji sadrži glukozu (GPMAA). Istraživači mogu doslovno vidjeti da materijal iz tekućeg oblika prerasta u čvrstu.

Iako su ključni za polimer i atraktivni zbog svog obilja, kloroplasti su također predstavljali izazovna pitanja dizajna. Kao biološke komponente, kloroplasti nisu motivirani da funkcioniraju kada se odvoje od svojih biljnih domova - jednom kada se odstrane, njihove sposobnosti fotosinteze traju samo nekoliko sati do dana, maksimalno. Za sada, kemijska obrada kloroplasta povećala je stabilnost i proizvodnju glukoze, ali istraživači se nadaju da će se prebaciti na ne-biološku alternativu.

Samoliječenje za održivost

S rastućom hitnošću razvijanja održivih metoda življenja, polimer ima obećanje da će pomoći u ponovnom razmišljanju o održavanju izgrađenog okoliša oko nas.

"Naš rad pokazuje da ugljični dioksid ne mora biti samo teret i trošak", kaže Strano. “To je također prilika u tom pogledu. Svugdje je ugljik. Gradimo svijet ugljikom. Ljudi su napravljeni od ugljika. Stvaranje materijala koji može pristupiti obilnom ugljiku oko nas je značajna prilika za znanost o materijalima. Na taj način radimo na izradi materijala koji nisu samo ugljično neutralni, nego ugljični negativni.

Materijal nije dovoljno jak za konstrukciju velikih razmjera, ali se kratkotrajne primjene poput punjenja pukotina ili samozapaljivih premaza mogu ostvariti za samo 1-2 godine.

"Znanost o materijalima nikad nije proizvela ništa slično", rekao je Strano za MIT Vijesti, "Ovi materijali oponašaju neke aspekte nečeg živog, iako se ne reproduciraju."