اولین سیمان زنده دنیا می‌تواند برق مورد نیاز ساختمان‌ها را تأمین کند

محققان دانشگاه Aarhus دانمارک به‌تازگی نشان داده‌اند که سیمان می‌تواند کاربردی فراتر از نگه داشتن دیوارها داشته باشد. آن‌ها با جاسازی باکتری‌های زنده در این مصالح ساختمانی، یک ابرخازن ساخته‌اند که قادر به ذخیره سازی برق است.

این سیمان زنده نه تنها انرژی را در خود نگه می‌دارد، بلکه با تغذیه شدن با مواد مغذی می‌تواند عملکرد خود را بازیابد. Qi Luo، محقق ارشد، عنوان کرد که آن‌ها توانسته‌اند ماده‌ای درست کنند که علاوه بر تحمل وزن و ذخیره‌سازی انرژی، قادر به احیای عملکرد خود پس از دریافت مواد مغذی است.

به مدت طولانی، سیمان و بتن به عنوان یک ماده بی‌جان در نظر گرفته می‌شدند. حالا تیم دانمارکی این تصور را به چالش کشیده و باکتری Shewanella oneidensis را که به دلیل توانایی‌اش در انتقال الکترون‌ها به خارج از سلول شناخته می‌شود، به سیمان افزودند. پس از قرارگیری در سیمان، این میکروب‌ها شبکه‌ای از حامل‌های بار الکتریکی ایجاد می‌کنند که انرژی را ذخیره و آزاد می‌سازند.

آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهند که این رویکرد کارایی بیشتری نسبت به ابزارهای ذخیره‌ساز سنتی بر پایه سیمان دارد. نکته قابل توجه‌ اینکه سیمان جدید حتی پس از مرگ میکروب‌ها به کار خود ادامه می‌دهد و پژوهشگران می‌توانند با افزودن مواد مغذی، آن را دوباره فعال کنند. این کشف نشان می‌دهد که مصالح ساختمانی ممکن است به زودی در سیستم‌های انرژی نقش فعالی ایفا کنند. بنابراین دیوارهای و فونداسیون‌های آینده می‌توانند به جای اینکه به عنوان پوشش‌های غیرفعال عمل کنند، به عنوان منبع ذخیره نیز عمل نمایند.

فعالیت میکروبی با اتمام مواد مغذی معمولاً کاهش می‌یابد. برای حل این مشکل، دانشمندان یک سیستم ریز سیال را در سیمان جای دادند. این سیستم پروتئین‌ها، ویتامین‌ها، نمک‌ها و عوامل رشد را برای زنده نگه داشتن یا احیای باکتری‌ها فراهم می‌کند. این روش تا ۸۰% از ظرفیت اولیه را باز می‌گرداند. تیم دانمارکی می‌گوید ساختمان‌ها می‌توانند به مواد انرژی‌زای قابل بازیابی تبدیل شوند، که نیاز به جایگزینی باتری یا انجام تعمیرات پرهزینه را کاهش می‌دهد.

پژوهشگران همچنین این سیمان را در شرایط سخت آزمایش کردند. این ماده در محیط‌های بسیار سرد و گرم به ذخیره و تخلیه انرژی پرداخت. شش بلوک سیمانی که به هم وصل شده بودند، برق کافی برای روشن کردن یک لامپ LED تولید کردند. Luo گفت: «این تنها یک آزمایشگاه نیست. ما پیش‌بینی می‌کنیم که این فناوری در ساختمان‌های واقعی، در دیوارها، فونداسیون‌ها یا پل‌ها ادغام شود، جایی که می‌تواند با فراهم کردن ذخیره‌سازی محلی انرژی، از منابع تجدیدپذیر مانند پنل‌های خورشیدی پشتیبانی کند.» یک اتاق ساخته شده از این ماده می‌تواند حدود ۱۰ کیلووات ساعت انرژی ذخیره کند، که برای تأمین برق یک سرور سازمانی استاندارد به مدت یک روز کافی است.

با گسترش انرژی‌های تجدیدپذیر، نیاز به ذخیره‌سازی پایدار و مقرون به صرفه افزایش می‌یابد. باتری‌های امروزی به منابع نادری مانند لیتیوم و کبالت وابسته هستند و با گذشت زمان کارایی‌شان کاهش می‌یابد. سیستم مبتنی بر سیمان از این مشکلات اجتناب می‌کند. این سیستم از مواد فراوان و کم‌هزینه و باکتری‌های طبیعی استفاده کرده و همچنین در مقیاسی بسیار فراتر از ابزارهای معمولی عمل می‌کند. اگرچه این پژوهش هنوز در مراحل اولیه است، اما به آینده‌ای اشاره دارد که در آن ساختمان‌ها به باتری‌های خود تبدیل می‌شوند.

این فناوری می‌تواند به معنای ساخت پل‌هایی باشد که حسگرهای خود را روشن می‌کنند، یا خانه‌هایی که انرژی خورشیدی روز را در دیوارهایشان ذخیره می‌کنند. یافته‌های محققان حاکی از آن است که نسل بعدی زیرساخت‌ها می‌تواند سازه‌های الکتریکی باشند. بنابراین به جای نصب باتری‌ها، می‌توان آن‌ها را به صورت بتن در محل ریخت.

این مطالعه در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده است.