德國(guó)科學(xué)家成功地將尿液轉(zhuǎn)化為生物混凝土，這是一個(gè)旨在通過(guò)從廢物中制造建筑材料來(lái)徹底改變可持續(xù)建筑的項(xiàng)目的一部分。
由斯圖加特大學(xué)輕量級(jí)結(jié)構(gòu)和概念設(shè)計(jì)研究所（ILEK）所長(zhǎng)Lucio Blandini領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用微生物生物礦化，這是一種生物技術(shù)過(guò)程，細(xì)菌將尿液中的尿素轉(zhuǎn)化為碳酸鈣晶體。
這些具有光滑表面的徑向條紋的大圓形晶體將沙粒結(jié)合在一起，從而形成一種堅(jiān)固且環(huán)保的生物混凝土，其化學(xué)性質(zhì)與天然砂巖相似。
該項(xiàng)目名為“SimBioZe”，研究人員認(rèn)識(shí)到尿液是一種豐富但未充分利用的資源，這促使他們探索微生物生物礦化作為傳統(tǒng)混凝土生產(chǎn)的可持續(xù)替代方案。
在巴登-符騰堡州科學(xué)、研究和藝術(shù)部的支持下，初步的可行性研究成功地證明了將尿液轉(zhuǎn)化為環(huán)保生物混凝土的可行性。
綠色建材
雖然混凝土仍然是全球使用最廣泛的建筑材料，每年生產(chǎn)約40億噸，但其高昂的環(huán)境價(jià)格促使建筑行業(yè)尋求更可持續(xù)的替代品。
生產(chǎn)水泥是它的關(guān)鍵成分，需要將石灰石加熱到大約2642華氏度（1450攝氏度）的溫度，這需要消耗大量的能源，并釋放大量的溫室氣體。
為了應(yīng)對(duì)這一環(huán)境挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了生物混凝土作為一種有前途的替代品，通過(guò)一種創(chuàng)新的方法，將其整合到“廢水-生物混凝土-肥料”價(jià)值鏈中，將一種常見(jiàn)的廢物同時(shí)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的建筑材料和肥料。
ILEK的研究助理Maiia Smirnova理學(xué)碩士解釋說(shuō)，生物混凝土是通過(guò)生物礦化生產(chǎn)的，生物礦化是生物體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)機(jī)材料的過(guò)程。
她繼續(xù)說(shuō)道：“我們將一種含有細(xì)菌的粉末與沙子混合，將混合物放入模具中，然后在一個(gè)自動(dòng)過(guò)程中用富含鈣的尿液沖洗三天。”“細(xì)菌分解尿素，再加上向尿液中添加鈣，導(dǎo)致碳酸鈣晶體生長(zhǎng)。”
這個(gè)過(guò)程將沙子混合物固化成生物混凝土，最終生產(chǎn)出一種化學(xué)性質(zhì)與天然鈣質(zhì)砂巖相似的固體。她補(bǔ)充說(shuō)：“根據(jù)模具的不同，可以制作出各種形狀和大小的元素，目前最大深度為15厘米。”
試驗(yàn)成果顯著
根據(jù)研究人員的說(shuō)法，當(dāng)使用技術(shù)級(jí)尿素時(shí)，生物混凝土的抗壓強(qiáng)度超過(guò)了50兆帕（MPa），使其比以前可用的生物礦化材料強(qiáng)得多。
同時(shí)，人造尿液測(cè)試產(chǎn)生的強(qiáng)度為20兆帕，而真正的人類(lèi)尿液產(chǎn)生的強(qiáng)度約為5兆帕，因?yàn)樵谔幚磉^(guò)程中細(xì)菌活性下降。研究人員的目標(biāo)是進(jìn)一步提高這種強(qiáng)度，目標(biāo)是達(dá)到30到40兆帕的強(qiáng)度，足以用于三層樓高的建筑物。
Blandini在一份新聞稿中總結(jié)道：“與傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)相比，我們的生物混凝土生產(chǎn)過(guò)程消耗的能源和排放要少得多。”“但我們的方法也是可持續(xù)的，因?yàn)槲覀儗a(chǎn)品嵌入了一個(gè)循環(huán)價(jià)值鏈。”
該團(tuán)隊(duì)目前正在評(píng)估生物混凝土在凍融條件下的彈性，確定其戶(hù)外應(yīng)用的適用性。該項(xiàng)目的第二階段，最近獲得了額外三年的資金，將專(zhuān)注于優(yōu)化細(xì)菌活性和進(jìn)一步改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程。
此外，為了測(cè)試其在現(xiàn)實(shí)世界中的適用性，科學(xué)家們計(jì)劃在斯圖加特機(jī)場(chǎng)建造一個(gè)試驗(yàn)設(shè)施。該設(shè)施將處理從高密度公共區(qū)域收集的尿液，將其轉(zhuǎn)化為生物混凝土，同時(shí)提取有價(jià)值的肥料。通過(guò)創(chuàng)造循環(huán)經(jīng)濟(jì)，回收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并最大限度地減少浪費(fèi)，該項(xiàng)目是可持續(xù)城市基礎(chǔ)設(shè)施的典范。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《npj材料可持續(xù)性》雜志上。
