ساختمان‌های آینده از استخوان و پوسته تخم مرغ ساخته میشوند
همزمان با دست و پنجه نرم‌کردن دنیا با تغییرات آب و هوایی، نیاز به ارائه روش‌هایی برای کاهش انتشارات دی‌ای‌اکسید کربن وجود دارد. در این میان، بخش‌هایی مانند انرژی و هوانوردی که به شدت به سوخت‌های فسیلی وابسته هستند، بدترین بازیگرانی هستند که در فرآیند تغییرات اقلیمی ایفای نقش می‌کنند. با این حال، اکثر مردم متوجه مجرم دیگری در این زمینه نیستند و آن ساختمان‌هایی است که در آن زندگی و کار می‌کنند.
فقط در سال 2007، فولاد و بتن هر یک مسئول انتشارات دی‌اکسیدکربن بیشتری نسبت به تمامی صنایع هوانوردی دنیا بودند. هر دوی فولاد و بتن پیش از رسیدن به محل ساخت و ساز باید در دماهای بالا پردازش شوند و این امر نیازمند مقادیر بالای انرژی است.
بنابراین این سوال مطرح است که چگونه می‌توان وابستگی خود به چنین موادی را کاهش داد در حالی که آن‌ها نقش مهمی را در صنعت ساخت و ساز ایفا می‌کنند؟
فقط در سال 2007، فولاد و بتن هر یک مسئول انتشارات دی‌اکسیدکربن بیشتری نسبت به تمامی صنایع هوانوردی دنیا بودند.
یک راه حل موجود، استفاده از مواد طبیعی مانند چوب است؛ انسان‌ها هزاران سال است که با استفاده از چوب ساختمان می‌سازند و هم‌اکنون سازه‌های چوبی ارزان و پایدار هستند.
با این حال، استفاده از چوب در ساختمان‌سازی خود دارای چالش‌هایی است زیرا این ماده ممکن است در محیط‌های مرطوب از شکل بیفتد و در مقابل حشراتی مانند موریانه‌ها آسیب‌پذیر است. در حالی که مواد طبیعی مانند چوب از لحاظ محیط زیست جذاب هستند، برای مهندسانی که به دنبال ساخت اجزایی با شکل یا اندازه‌های خاص هستند، چندان رضایت‌بخش نیستند.
بنابراین استفاده از مواد جدید با الهام از طبیعت به جای موادی مانند چوب ضروری است. این ایده در دهه 1970 در جامعه تحقیقاتی مطرح شد و در دهه 1990 و با توسعه شیوه‌های نانوفناوری و ساخت و ساز در ابعاد نانو به اوج شکوفایی رسید.
از سلول‌های زیستی اغلب به عنوان بلوک‌های سازنده حیات نام برده می‌شود زیرا آن‌ها کوچکترین واحدهای ماده زنده هستند. برای خلق یک موجود چندسلولی مانند انسان‌ها، این سلول‌ها باید با یک ساختار پشتیبانی گرد هم آیند تا مواد زیستی مانند استخوان، غضروف و عضله را شکل دهند.
دانشمندان به چنین موادی علاقه نشان داده‌اند اما برای ساخت مواد مقلد زیستی، نیاز به درک عمیقی از چگونگی کارکرد مواد طبیعی احساس می‌شود. محققان می‌دانند مواد طبیعی کامپوزیت هستند یعنی از مواد پایه مختلف و چندگانه ایجاد شده‌اند که هر یک دارای ویژگی‌های مختلفی هستند.
مواد کامپوزیت اغلب سبک‌تر از مواد منفردی مانند فلزات بوده و دارای ویژگی‌های مطلوبی مانند سفتی، استحکام و سختی هستند.
تولید مواد مقلد زیستی
مهندسان مواد دهه‌ها در حال ارزیابی ترکیب، ساختار و ویژگی‌های مواد طبیعی مانند استخوان و پوسته تخم مرغ بوده‌اند و هم‌اکنون نیز درک مناسبی از مشخصه‌های این مواد وجود دارد. به طور مثال، انسان‌ها می‌دانند که استخوان از پروتئین هیدراته و ماده معدنی به نسبت‌های مساوی تشکیل شده است. مواد معدنی سخت و سفت هستند و پروتئین نیز سخت بوده و در مقابل شکستگی مقاوم است.
گرچه استخوان ممکن است بشکند، این ماده دارای ویژگی خود ترمیم‌شوندگی است و به دلیل این ویژگی است که مهندسان به دنبال استفاده از آن در تولید مواد مقلد زیستی هستند.
پوسته تخم مرغ همانند استخوان نوعی ماده کامپوزیت است و از 95 درصد ماده معدنی و فقط پنج درصد پروتئین هیدراته تشکیل شده است. با این حال، حتی همان میزان کوچک نیز برای تولید پوسته تخم‌مرغ بسیار سفت کافی است.
در حال حاضر، دو راه برای تقلیدکردن از مواد طبیعی وجود دارد: یا این که از ترکیب خود ماده باید تقلید کرد یا این که فرآیندی که ماده توسط آن تولید می‌شود، را به دقت تقلید کرد. چون مواد طبیعی توسط موجودات زنده تولید میشوند، هیچ دمای بالایی در هر یک از این روش‌ها لازم نیست.
بنابراین تولید چنین مواد مقلد زیستی که می‌توان از آن‌ها به عنوان نئواستخوان و نئو پوسته تخم مرغ یاد کرد، در مقایسه با فولاد یا بتن، انرژی کمتری می‌برد و دانشمندان موفق شده‌اند در آزمایشگاه نمونه‌های سانتی‌متری نئواستخوان بسازند.
برای استفاده از مواد مقلد زیستی در مقیاس بزرگ و ساخت شهرهای پایدار در آینده، باید در شیوه‌ها و استانداردهای ساخت و ساز موجود تجدید نظر شود. همان طور که واضح است دانش مطرح‌شده در این مقاله هنوز جوان است اما این بدین معنا نیست که نتوان در آینده از آن استفاده کرد.
منبع: مجمع جهانی اقتصاد
ترجمه: شه تاو ناصری
No tags for this post.