Materiał zaprojektowany przez inżynierów chemików MIT może reagować z dwutlenkiem węgla z powietrza, rosnąć, wzmacniać, a nawet sama się naprawia. Polimer, który kiedyś może być używany jako materiał budowlany lub naprawczy lub do powłok ochronnych, w sposób ciągły przekształca gaz cieplarniany w materiał na bazie węgla, który się wzmacnia.

Obecna wersja nowego materiału to syntetyczna substancja żelowa, która przeprowadza proces chemiczny podobny do tego, w jaki rośliny włączają dwutlenek węgla z powietrza do swoich rosnących tkanek. Materiał może, na przykład, zostać przetworzone na panele o lekkiej matrycy, które można wysłać na plac budowy, gdzie twardnieją i zestalają się pod wpływem powietrza i światła słonecznego, oszczędzając w ten sposób energię i koszty transportu.

Odkrycie opisano w artykule opublikowanym w czasopiśmie Zaawansowane materiały, przez profesora Michaela Strano, postdoc Seon-Yeong Kwak, i ośmiu innych z MIT i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside

„To zupełnie nowa koncepcja w materiałoznawstwie,– mówi Dziwny, węgiel C. Dubbs profesor inżynierii chemicznej. „To, co nazywamy materiałami wiążącymi węgiel, jeszcze dzisiaj nie istnieje” poza sferą biologiczną, on mówi, opisując materiały, które mogą przekształcić dwutlenek węgla w otaczającym powietrzu w ciało stałe, stabilna forma, wykorzystując jedynie energię światła słonecznego, tak jak to robią rośliny.

Opracowanie materiału syntetycznego, który nie tylko pozwala uniknąć użycia paliw kopalnych do jego wytworzenia, ale w rzeczywistości pochłania dwutlenek węgla z powietrza, ma oczywiste korzyści dla środowiska i klimatu, – podkreślają badacze. „Wyobraźcie sobie syntetyczny materiał, który mógłby rosnąć jak drzewa, pobranie węgla z dwutlenku węgla i włączenie go do szkieletu materiału,– mówi Dziwny.

W materiale użytym przez zespół we wstępnych eksperymentach weryfikujących koncepcję faktycznie wykorzystano jeden składnik biologiczny — chloroplasty, składniki przenoszące światło w komórkach roślinnych, które badacze uzyskali z liści szpinaku. Chloroplasty nie są żywe, ale katalizują reakcję dwutlenku węgla do glukozy. Wyizolowane chloroplasty są dość niestabilne, co oznacza, że ​​mają tendencję do przestania działać po kilku godzinach po usunięciu z rośliny. W ich gazecie, Strano i jego współpracownicy demonstrują metody znacznego zwiększenia czasu życia katalitycznego ekstrahowanych chloroplastów. W bieżącej i przyszłej pracy, chloroplast jest zastępowany katalizatorami pochodzenia niebiologicznego, wyjaśnia Strano.

Materiał, z którego korzystali badacze, matryca żelowa złożona z polimeru wykonanego z metakryloamidu aminopropylu (APMA) i glukoza, enzym zwany oksydazą glukozową, i chloroplasty, staje się silniejszy, gdy zawiera węgiel. Nie jest jeszcze wystarczająco mocny, aby można go było wykorzystać jako materiał budowlany, chociaż może pełnić funkcję wypełniacza pęknięć lub materiału powlekającego, naukowcy mówią.

Zespół opracował metody produkcji tego typu materiałów na tony, i obecnie skupia się na optymalizacji właściwości materiału. Zastosowania komercyjne, takie jak powłoki samonaprawiające się i wypełnianie pęknięć, będą możliwe do zrealizowania w najbliższej przyszłości, Mówią, mając na uwadze, że zanim możliwe będzie opracowanie materiałów konstrukcyjnych i kompozytów, konieczne są dodatkowe postępy w chemii szkieletu i materiałoznawstwie.

Jedną z kluczowych zalet takich materiałów jest to, że ulegają one samonaprawie pod wpływem światła słonecznego lub oświetlenia wewnętrznego, Dziwne mówi. Jeśli powierzchnia jest porysowana lub pęknięta, dotknięty obszar rośnie, aby wypełnić luki i naprawić szkody, bez konieczności podejmowania jakichkolwiek działań zewnętrznych.

Chociaż podjęto szeroko zakrojone wysiłki w celu opracowania materiałów samoleczących się, które mogłyby naśladować tę zdolność organizmów biologicznych, naukowcy mówią, wszystkie one wymagały aktywnego wejścia zewnętrznego do działania. Ogrzewanie, światło ultrafioletowe, naprężenia mechaniczne, Aby aktywować proces, konieczna była obróbka chemiczna. ale interfejs, w którym łączą się ze sobą dwa białka, jest często zbyt duży lub brakuje mu małych wnęk wymaganych, aby te cząsteczki mogły celować, materiały te potrzebują jedynie światła otoczenia, i zawierają masę z węgla zawartego w atmosferze, co jest wszechobecne.

Materiał zaczyna się jako ciecz, – mówi Kwak, Dwie trzecie dorosłych w Wielkiej Brytanii jest obecnie klasyfikowanych jako osoby z nadwagą lub otyłością, „ekscytujące jest obserwowanie, jak zaczyna rosnąć i gromadzić się” w solidną formę.

„Nauka o materiałach nigdy nie stworzyła czegoś takiego,– mówi Dziwny. „Te materiały naśladują pewne aspekty czegoś żywego, nawet jeśli się nie rozmnaża.” Ponieważ odkrycie otwiera szeroki wachlarz możliwych dalszych badań, Inni sportowcy powiedzieli, że nie chcą być oddzieleni od swoich dzieci. Departament Energii sponsoruje nowy program kierowany przez Strano w celu jego dalszego rozwoju.

„Nasza praca pokazuje, że dwutlenek węgla nie musi być wyłącznie obciążeniem i kosztem,– mówi Dziwny. „To także szansa i pod tym względem. Wszędzie jest węgiel. Budujemy świat z węgla. Człowiek jest zbudowany z węgla. Wytworzenie materiału, który ma dostęp do obfitego węgla wokół nas, jest znaczącą szansą dla inżynierii materiałowej. Chmura zarządzania zamówieniami Oracle, nasza praca polega na wytwarzaniu materiałów, które są nie tylko neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla, ale ujemny pod względem emisji dwutlenku węgla.”

Źródło:

http://news.mit.edu, autorstwa Davida L. Kupiec