Mi történik, ha a jeget apró növényi részecskékkel és egy különleges fehérjével erősítik meg? A kutatók szerint egy olyan anyag születhet, amely nemcsak tízszer erősebb a közönséges jégnél, hanem szilárdságban a betonhoz is hasonlíthat.
A Jeruzsálemi Héber Egyetem kutatói egy különleges, megerősített jeget fejlesztettek ki, amelyet BioPykrete-nek neveztek el. Az új anyag egyelőre laboratóriumi kísérlet, de az eredmények meglepően jók.
A BioPykrete a tesztek során körülbelül tízszer nagyobb szilárdságot mutatott, mint a hagyományos jég, és akár 70-szer több energiát is képes volt elnyelni, mielőtt eltört.
Ez azért érdekes, mert a közönséges jég egyik legnagyobb problémája éppen az, hogy terhelés hatására viszonylag hirtelen törik.
Az új anyag viszont fokozatosabban deformálódik és törik.
Nem egyszerűen „jégbe keverték” a növényi anyagot
A kutatók nem úgy közelítették meg a problémát, hogy egyszerűen különböző szálakat kevertek a jéghez.
A céljuk ennél összetettebb volt: azt akarták elérni, hogy molekuláris szinten is megfelelő kapcsolat alakuljon ki a jég és az erősítőanyag között.
Ehhez cellulóz nanokristályokat használtak.
A cellulóz egy természetes, növényi eredetű anyag, amely a növények szerkezetének egyik alapvető építőeleme. A nanokristályok ennek rendkívül apró és merev részecskéi.
Amikor ezeket a jéghez keverték, majd a keveréket lefagyasztották, a részecskék egyfajta háromdimenziós hálózatot alakítottak ki a jég mikroszkopikus szerkezete körül.
De még ez sem volt elég.
Egy különleges fehérje tartja össze
A kutatók egy speciálisan megtervezett fehérjét is alkalmaztak.
Ez a fehérje tulajdonképpen egyfajta molekuláris ragasztóként működik.
Az egyik része a jéghez, a másik pedig a cellulózhoz tud kapcsolódni. Így olyan kapcsolatot hoz létre, amely segít egyben tartani a különböző összetevőkből felépülő szerkezetet.
Ez lehet az egyik kulcsa annak, hogy a BioPykrete ennyivel ellenállóbb lett a hagyományos jégnél.
A kutatók szerint a fehérje hozzáadása önmagában is jelentős változást hozott: egy hasonló jég–cellulóz keverékhez képest megduplázta az anyag szilárdságát és az elnyelt energiát.
Tízszer erősebb, és sokkal több energiát nyel el
A laboratóriumi vizsgálatok alapján a BioPykrete nyomás alatt körülbelül tízszer erősebbnek bizonyult, mint a tiszta jég.
A kutatók szerint a szilárdsága elérte a hagyományos betonéhoz hasonló szintet.
Az igazán érdekes eredmény azonban nem is feltétlenül ez.
Az anyag ugyanis körülbelül 70-szer több energiát tudott elnyelni a törés előtt.
Ez azt jelenti, hogy nem egyszerűen arról van szó, hogy egy erősebb jégdarabot sikerült létrehozni. A BioPykrete a terhelést is másképpen viseli.
Ahelyett, hogy egy ponton hirtelen összeroppanna, fokozatosabban hajlik és törik.
Ez különösen fontos tulajdonság lehet egy építőanyag esetében.
Miért lehet érdekes az Északi-sarkon?
Felmerülhet a kérdés: ha ilyen érdekes anyagot sikerült létrehozni, akkor miért nem ebből épülnek már most is az épületek?
Az egyik lehetséges válasz éppen az anyag legnagyobb előnye.
A BioPykrete alapvetően jégből és növényi eredetű cellulózból készül.
Ezért a kutatók szerint elsősorban olyan rendkívül hideg területeken lehetne érdekes, mint az Északi-sarkvidék vagy az Antarktisz.
Ezeken a helyeken a hagyományos építőanyagok, például a beton és az acél odaszállítása rendkívül költséges és logisztikailag is nehéz lehet.
Ha egy megfelelő tulajdonságokkal rendelkező építőanyagot helyben, nagyrészt rendelkezésre álló alapanyagokból lehetne előállítani, az komoly előnyt jelenthetne.
Környezetbarát építőanyag lehet belőle?
A növényi eredetű cellulóz miatt a BioPykrete más szempontból is érdekes.
A kutatók szerint az anyag potenciálisan biológiailag lebomló és kisebb szénlábnyomú alternatívát jelenthet bizonyos, extrém hideg környezetben alkalmazott építményeknél.
Fontos azonban a „potenciálisan” szó.
Egyelőre nem lehet kijelenteni, hogy a BioPykrete valóban környezetbarát építőanyagként fog működni nagyüzemi körülmények között. Ehhez még számos további vizsgálatra van szükség.
Egyelőre még nem építünk belőle házat
Bármennyire látványosak is a számok, a BioPykrete jelenleg még messze van attól, hogy valódi építkezéseken használják.
A kutatás egyelőre koncepcióbizonyítás, vagyis azt mutatja meg, hogy az alapötlet működhet.
A következő lépés annak kiderítése, hogyan viselkedik az anyag hosszabb időn keresztül.
Fontos kérdés például, hogy mit történik vele, ha rendszeresen megfagy és felolvad. Azt is meg kell vizsgálni, hogy tartós terhelés alatt változik-e lassan az alakja, illetve hogyan viselkedik különböző környezeti körülmények között.
Ezekre a kérdésekre a laboratóriumi alaptesztek még nem adnak teljes választ.
A jégből még lehet építőanyag?
A BioPykrete egyelőre inkább izgalmas tudományos kísérlet, mint kész építőanyag.
Mégis érdekes irányt mutat: a kutatók nem egyszerűen egy erősebb anyagot próbáltak létrehozni, hanem molekuláris szinten alakították ki az összetevők közötti kapcsolatot.
Az eredmény egy olyan megerősített jég lett, amely a kísérletekben tízszer nagyobb szilárdságot és akár hetvenszer nagyobb energiaelnyelést mutatott a hagyományos jéghez képest.
Hogy ebből valóban használható építőanyag lesz-e az Antarktiszon vagy az Északi-sarkvidéken, azt még a következő évek kutatásai dönthetik el.
Egy dolog azonban már most látszik: a jég sokkal többre lehet képes, mint amit elsőre gondolnánk.
Forrás: Interesting Engineering
Borító: Pixabay
