Hur svamp kan reparera vår sönderfallande infrastruktur

USA har en av de mest avancerade ekonomierna i världen. Och ändå håller betonginfrastrukturen som stöder den – vägar, broar, trottoarer och så vidare – sakta sönder. Denna försämring kräver komplexa reparationer, orsakar långa förseningar och kan i de allvarligaste fallen leda till strukturella fel.

Det är också ett allt dyrare problem. Små sprickor som lämnas oreparerade utvecklas till större som exponerar metallförstärkningsstrukturer, och när dessa skadas kan reparationer bli kostsamma och komplicerade. Enligt American Society of Civil Engineers kommer detta problem att kosta den amerikanska ekonomin nästan 4 biljoner dollar i förlorade affärer till 2025 om det inte åtgärdas.

Det är uppenbart att ett bättre och billigare sätt att reparera betong är i desperat behov.

Gå in i Ning Zhang vid Rutgers University i New Jersey, Congrui Jin vid Binghamton University och några kompisar, som säger att de har upptäckt en hemlig ingrediens som en dag skulle kunna hålla nationen i rörelse genom att reparera sönderfallande betong automatiskt. Denna nya ingrediens? Svampar.

Först lite bakgrund. Materialforskare har länge hoppats på att hitta en hemlig sås som hjälper betongen att reparera sig själv. En idé är att fylla betong med polymerfibrer som innehåller harts som läcker ut för att fylla sprickor.

Det såg lovande ut ett tag, men det visar sig att bland annat betong och harts har olika värmeutvidgningsegenskaper, vilket ibland kan göra sprickor värre.

Ett bättre fyllmedel för sprickor är kalciumkarbonat, eftersom det binder bra med betong och har liknande strukturella egenskaper. Olika bakterier producerar sådana mineraler men frigör även andra biprodukter, inklusive stora mängder kväveprodukter som ammoniak. Och detta kan skada vägar och miljön.

Så materialforskare behöver ett annat alternativ, och idag säger Zhang och co att de har hittat det i form av en svamp som kallas Trichoderma reesei. Den kan gro under ett brett spektrum av förhållanden och bilda en fibrös svamp som främjar bildningen av kalciumkarbonat.

Deras idé är att svampsporer tillförs betongen när den blandas och sedan ligger vilande tills betongen spricker. Vatten som rinner in i sprickorna får sporerna att gro och fyller sprickorna med svampfibrer som utlöser bildningen av kalciumkarbonat - som så småningom fyller tomrummet.

Det är teorin, men den avgörande frågan är om det skulle fungera i praktiken. Så Zhang och co gav sig iväg för att ta reda på det.

Teamet hällde betong i petriskålar och lät det stelna. De hällde sedan ett odlingsmedium på varje platta och tillsatte olika sorters svampar. De väntade på att se vilka av svamparna som skulle växa under de mycket alkaliska förhållanden som betong främjar.

Resultaten var avslöjande. Endast av alla testade svampar Trichoderma reesei blomstrade även när pH steg till 13. Zhang och co studerade sedan dess fibrösa struktur under ett mikroskop och använde röntgendiffraktion för att analysera avlagringarna den lämnade efter sig. Uppgifterna tydde starkt på det T. reesei hyfer kan främja kalciumkarbonatfällning, säger de.

Elektronmikroskopbilder visar tydligt de mineraliserade strukturerna som fibrerna lämnar efter sig.

Naturligtvis, inget av det bevisar det Trichoderma reesei sporer kan överleva om de tillsätts betong när den blandas. Det verkar vid första anblicken faktiskt osannolikt. Sporerna skulle behöva sitta i porer i betongen.

Zhang och co mätte porerna i betongen de tillverkade och fann att de var cirka en mikrometer i diameter i genomsnitt. Men Trichoderma reesei sporer är större - cirka fyra mikrometer i diameter. Det tyder på att de skulle krossas när betongen härdar.

Zhang och co säger att problemet skulle kunna lösas genom att tillsätta luftbubblor i blandningen, men detta måste undersökas ytterligare.

Det är ett intressant arbete med en betydande uppsida. Om Trichoderma reesei visar sig vara den magiska svampen som kan reparera USA:s sönderfallande infrastruktur, det kommer att bli en stor välsignelse. Och det är miljövänligt också - svampen är godartad för människor, och processen att bilda kalciumkarbonat fixerar kol från atmosfären. Så det tar bort koldioxid, en viktig växthusgas.

Naturligtvis finns det mycket arbete framför sig för att avgöra om sporerna kommer att överleva i betong. Men de tidiga resultaten ger anledning att studera detta närmare.

Ref: arxiv.org/abs/1708.01337 : Screening av svampar för självläkning av betongsprickor

Dölj