วัสดุที่สามารถรักษาตัวเองได้สามารถสร้างตัวเองจากคาร์บอนในอากาศ: รับหน้าจากพืชสีเขียว, พอลิเมอร์ชนิดใหม่ “เติบโต” ผ่านปฏิกิริยาเคมีกับคาร์บอนไดออกไซด์.

วัสดุที่ออกแบบโดยวิศวกรเคมีของ MIT สามารถทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศได้, เติบโต, เสริมสร้าง, และแม้กระทั่งซ่อมแซมตัวเอง. สารโพลิเมอร์, ซึ่งสักวันหนึ่งอาจใช้เป็นวัสดุก่อสร้างหรือซ่อมแซมหรือใช้เคลือบป้องกัน, เปลี่ยนก๊าซเรือนกระจกให้เป็นวัสดุที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบหลักอย่างต่อเนื่อง.

วัสดุใหม่เวอร์ชันปัจจุบันเป็นสารคล้ายเจลสังเคราะห์ที่ทำกระบวนการทางเคมีคล้ายกับวิธีที่พืชรวมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศเข้าไปในเนื้อเยื่อที่กำลังเติบโต. วัสดุก็ได้, ตัวอย่างเช่น, นำมาสร้างเป็นแผงของเมทริกซ์น้ำหนักเบาที่สามารถขนส่งไปยังสถานที่ก่อสร้างได้, โดยที่พวกมันจะแข็งตัวและแข็งตัวจากการสัมผัสกับอากาศและแสงแดดเท่านั้น, จึงช่วยประหยัดพลังงานและค่าขนส่ง.

การค้นพบนี้อธิบายไว้ในบทความในวารสาร วัสดุขั้นสูง, โดยศาสตราจารย์ไมเคิล สตราโน, postdoc ซอน-ยอง กวัก, และอีกแปดคนที่ MIT และที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ริเวอร์ไซด์

“นี่เป็นแนวคิดใหม่ในด้านวัสดุศาสตร์,“ แปลกกล่าว, คาร์บอน ซี. ศาสตราจารย์ Dubbs สาขาวิศวกรรมเคมี. “สิ่งที่เราเรียกว่าวัสดุตรึงคาร์บอนยังไม่มีอยู่ในปัจจุบัน” นอกขอบเขตทางชีววิทยา, เขาพูดว่า, อธิบายถึงวัสดุที่สามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศโดยรอบให้เป็นของแข็งได้, ฟอร์มที่มั่นคง, โดยใช้เพียงพลังแสงอาทิตย์เท่านั้น, เช่นเดียวกับที่พืชทำ.

การพัฒนาวัสดุสังเคราะห์ที่ไม่เพียงแต่หลีกเลี่ยงการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลในการสร้างสรรค์เท่านั้น, แต่จริงๆ แล้วใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ, มีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมและสภาพอากาศอย่างเห็นได้ชัด, นักวิจัยชี้ให้เห็น. “ลองจินตนาการถึงวัสดุสังเคราะห์ที่สามารถเติบโตได้เหมือนต้นไม้, นำคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์มารวมไว้ในกระดูกสันหลังของวัสดุ," แปลกกล่าว.

วัสดุที่ทีมใช้ในการทดลองพิสูจน์แนวคิดเบื้องต้นได้ใช้ส่วนประกอบทางชีววิทยาเพียงชนิดเดียว นั่นก็คือ คลอโรพลาสต์, ส่วนประกอบควบคุมแสงภายในเซลล์พืช, ซึ่งนักวิจัยได้มาจากใบผักโขม. คลอโรพลาสต์ไม่มีชีวิตแต่กระตุ้นปฏิกิริยาของคาร์บอนไดออกไซด์เป็นกลูโคส. คลอโรพลาสต์ที่แยกได้ค่อนข้างไม่เสถียร, หมายความว่าพวกมันมักจะหยุดทำงานหลังจากผ่านไปสองสามชั่วโมงเมื่อนำออกจากโรงงาน. ในกระดาษของพวกเขา, Strano และเพื่อนร่วมงานของเขาสาธิตวิธีการเพิ่มอายุการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาของคลอโรพลาสต์ที่สกัดได้อย่างมีนัยสำคัญ. ในการทำงานอย่างต่อเนื่องและในอนาคต, คลอโรพลาสต์จะถูกแทนที่ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีต้นกำเนิดที่ไม่ใช่ทางชีวภาพ, สตราโน่อธิบาย.

วัสดุที่ผู้วิจัยใช้, เมทริกซ์เจลประกอบด้วยโพลีเมอร์ที่ทำจากอะมิโนโพรพิลเมทาคริลาไมด์ (APMA) และกลูโคส, เอนไซม์ที่เรียกว่ากลูโคสออกซิเดส, และคลอโรพลาสต์, จะแข็งแกร่งขึ้นเมื่อรวมคาร์บอนเข้าด้วยกัน. ยังไม่แข็งแรงพอที่จะใช้เป็นวัสดุก่อสร้างได้, แม้ว่ามันอาจจะทำหน้าที่เป็นวัสดุอุดรอยแตกร้าวหรือเคลือบก็ตาม, นักวิจัยกล่าวว่า.

ทีมงานได้คิดหาวิธีการผลิตวัสดุประเภทนี้ทีละตัน, และตอนนี้กำลังมุ่งเน้นไปที่การปรับคุณสมบัติของวัสดุให้เหมาะสม. การใช้งานเชิงพาณิชย์ เช่น การเคลือบซ่อมแซมตัวเองและการอุดรอยแตกร้าว จะเกิดขึ้นได้ในระยะเวลาอันใกล้นี้, พวกเขาพูด, ในขณะที่จำเป็นต้องมีความก้าวหน้าเพิ่มเติมในด้านเคมีแกนหลักและวัสดุศาสตร์ก่อนที่จะสามารถพัฒนาวัสดุก่อสร้างและคอมโพสิตได้.

ข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่งของวัสดุประเภทนี้คือสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เมื่อโดนแสงแดดหรือแสงภายในอาคาร, แปลกพูดว่า. หากพื้นผิวมีรอยขีดข่วนหรือแตกร้าว, พื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจะขยายใหญ่ขึ้นเพื่อเติมเต็มช่องว่างและซ่อมแซมความเสียหาย, โดยไม่ต้องดำเนินการใดๆ จากภายนอก.

ในขณะที่มีความพยายามอย่างกว้างขวางในการพัฒนาวัสดุที่สามารถรักษาตัวเองได้ซึ่งสามารถเลียนแบบความสามารถนี้ของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา, นักวิจัยกล่าวว่า, สิ่งเหล่านี้ล้วนจำเป็นต้องมีอินพุตภายนอกที่ใช้งานอยู่จึงจะทำงานได้. เครื่องทำความร้อน, แสงยูวี, ความเครียดทางกล, หรือต้องใช้สารเคมีบำบัดเพื่อกระตุ้นกระบวนการนี้. ตรงกันข้าม, วัสดุเหล่านี้ไม่ต้องการอะไรนอกจากแสงโดยรอบ, และรวมมวลจากคาร์บอนไว้ในชั้นบรรยากาศ, ซึ่งมีอยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง.

วัสดุเริ่มเป็นของเหลว, กวัก พูดว่า, การเพิ่ม, “เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นที่ได้ชมมันในขณะที่มันเริ่มเติบโตและรวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อน” ในรูปแบบที่มั่นคง.

“วัสดุศาสตร์ไม่เคยผลิตอะไรแบบนี้มาก่อน," แปลกกล่าว. “วัสดุเหล่านี้เลียนแบบบางแง่มุมของสิ่งมีชีวิต, แม้ว่ามันจะไม่ได้แพร่พันธุ์ก็ตาม” เนื่องจากการค้นพบนี้ทำให้เกิดการวิจัยติดตามผลที่เป็นไปได้มากมาย, สหรัฐอเมริกา. กระทรวงพลังงานกำลังสนับสนุนโครงการใหม่ที่กำกับโดย Strano เพื่อพัฒนาต่อไป.

“งานของเราแสดงให้เห็นว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไม่จำเป็นต้องเป็นภาระหรือต้นทุนเพียงอย่างเดียว," แปลกกล่าว. “มันเป็นโอกาสในแง่นี้ด้วย. มีคาร์บอนอยู่ทุกที่. เราสร้างโลกด้วยคาร์บอน. มนุษย์ถูกสร้างขึ้นจากคาร์บอน. การสร้างวัสดุที่สามารถเข้าถึงคาร์บอนที่มีอยู่รอบตัวเราถือเป็นโอกาสสำคัญสำหรับวัสดุศาสตร์. ทางนี้, งานของเราคือการสร้างวัสดุที่ไม่ใช่แค่คาร์บอนเป็นกลาง, แต่คาร์บอนเป็นลบ”

แหล่งที่มา:

http://news.mit.edu, โดย David L. แชนด์เลอร์