Bilim insanları çimentoyu 'canlı' bir cihaza dönüştürdü
Danimarka'daki araştırmacılar, bakteri destekli yeni bir çimento türüyle enerji depolayabilen, yeniden canlandırılabilen ve yapısal dayanımını koruyan yenilikçi bir sistem geliştirdi. Teknoloji, binalar ve köprüler gibi yapılara gömülü enerji depolama dönemi açabilir.
Aarhus Üniversitesi’nden Dr. Qi Luo liderliğindeki ekip, elektroaktif bakterilerin kullanıldığı yeni bir çimento türü geliştirdi. Bu “yaşayan” malzeme, süperkapasitör mantığıyla çalışarak hızlı şarj–deşarj yapabiliyor, ayrıca mikro besin kanalları sayesinde durgun kaldığında yeniden aktive edilebiliyor.
Araştırmacılar, enerji depolamanın yapı elemanlarının içine taşınmasının binaların hem taşıyıcı hem de işlevsel birer enerji birimine dönüşmesini sağlayacağını, böylece ek batarya donanımına olan ihtiyacın azalacağını belirtiyor.
Yeni yöntem, Shewanella oneidensis adlı elektroaktif bakterilerin çimento içine yerleştirilmesini içeriyor. Bu mikroorganizmalar, elektronları malzeme yüzeyine aktararak bir biyofilm oluşturuyor ve böylece çimentonun içinde bir redoks ağı meydana geliyor. Bu ağ, çimentoyu pasif bir yapı malzemesi olmaktan çıkarıp enerji depolayabilen bir sisteme dönüştürüyor.
Çimentonun yüksek alkalinitesine rağmen, malzeme içerisine yerleştirilen mikroakışkan kanallar sayesinde bakterilere düzenli olarak besin verilebiliyor ve malzeme gerektiğinde yeniden “canlanabiliyor”.
Prototip testlerinde geliştirilen çimento süperkapasitörü, besin takviyesi sonrası performansının yaklaşık yüzde 80’ini geri kazandı. Altı çimento bloğunun seri şekilde bağlanmasıyla bir LED ışığın yakılabildiği de gösterildi. Biyolojik yapı zayıfladığında bile, geride kalan biyofilm bir süre daha elektron iletimini sürdürebildi. Araştırmacılar ayrıca malzemenin donma noktasına yakın sıcaklıklarda dahi güvenilir şekilde çalıştığını bildirdi.
Bu teknoloji özellikle güneş enerjisi sistemlerinde kısa süreli depolama, acil durum aydınlatmaları, sensör beslemeleri ve elektrik şebekesinde tepe yüklerin azaltılması gibi alanlarda kullanılabilir. Çimentonun enerji depolama işlevi kazanması, şehirlerde iletim kayıplarını düşürerek enerjinin daha yerel ve verimli kullanılmasını da mümkün kılabilir.
Bilim insanları şimdi, mikroorganizmaların uzun süre çimentoda sağlıklı kalmasını sağlayacak bakım protokollerini, besin çözümlerini ve bu teknolojinin inşaat sektörüne uygun ölçekli üretim yöntemlerini geliştirmeye odaklanıyor. Ayrıca yapı standartlarının ve denetim süreçlerinin de bu yeni malzemeye uyarlanması gerekecek.
Çimentoyu hem taşıyıcı hem de aktif bir enerji devresine dönüştüren bu çalışma, yapısal malzeme teknolojisinde önemli bir dönüm noktası olarak görülüyor. Araştırma, Cell Reports Physical Science dergisinde yayımlandı.