Pakketten met gevriesdroogde bacteriën kunnen op verzoek biocement laten groeien

5 maart 2025

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en de beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende attributen belicht terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

gecontroleerd op feiten

door vakgenoten beoordeelde publicatie

betrouwbaar bron

nagekeken

door American Chemical Society

De productie en reparatie van cement kan aanzienlijk worden verbeterd door het gebruik van biocement-producerende bacteriën, maar het kweken van de microben op bouwplaatsen blijft een uitdaging. Nu melden onderzoekers een vriesdroogbenadering in ACS Applied Materials & Interfaces die de bacteriën behoudt, waardoor bouwvakkers uiteindelijk poeder uit een zakje kunnen gebruiken om snel tegels te maken, olieputten te repareren of de grond te versterken voor tijdelijke wegen of kampen.

Bodemstabilisatie en betonreparatie zijn grote uitdagingen voor civiel ingenieurs. Recentelijk hebben onderzoekers hun aandacht verlegd naar een kleine bacterie genaamd Sporosarcina pasteurii die een vorm van calciummineraal genaamd biocement kan produceren. De microben breken ureum af en vormen ammonium en carbonaat. Vervolgens, met toevoeging van calcium, ontstaat calciumcarbonaat, dat zand- en bodemdeeltjes aan elkaar lijmt of scheuren in bestaande betonconstructies repareert.

Om biocement te maken voor bouwprojecten, moeten de bacteriën momenteel ter plaatse worden gekweekt met speciale apparatuur en technische knowhow. Daarom wilden Maneesh Gupta en collega's een manier ontwikkelen om S. pasteurii te conserveren in een stabiele vorm die gemakkelijk door bouwvakkers kan worden gebruikt.

Teampje van Gupta was geïnspireerd door fabrikanten die biologische componenten vriesdrogen en toevoegen aan meststoffen. De onderzoekers suspendeerden de bacteriën in verschillende oplossingen en testten hoe goed de microben overleefden bij bevriezing. Ze ontdekten dat sucrose de microben het beste beschermden in vergelijking met andere soorten beschermers. Na het invriezen werden de bacteriën gedroogd en vervolgens opgeslagen in hersluitbare plastic zakken. Sucrose-behandelde S. pasteurii bleef minstens drie maanden levensvatbaar.

Verdere laboratoriumtests toonden aan dat de sucrose-geconserveerde, vriesgedroogde bacteriën konden worden gebruikt om zand te cementeren in 3D-geprinte cilindrische mallen. De onderzoekers bereidden afzonderlijke kolommen voor met speelzand, vergelijkbaar met dat gebruikt in zandbakken voor kinderen, en natuurlijke zandgrond die uit de grond was gehaald. Vervolgens, toen de kolommen meerdere keren werden besproeid met calciumchloride en ureum, produceerden de bacteriën biocement. Het biocement in de kolommen gemaakt met speelzand was sterker dan het biocement gevormd met grond, en de meeste biocementmonsters konden worden verwijderd uit de speelzandmallen.

In een andere laboratoriumtest bereidde het team kolommen van vriesdroge bacteriën met natuurlijke zandgrond in PVC-buizen, maar verwijderden het biocement niet uit de buizen. De PVC-kolommen gemaakt van zowel speelzand als natuurlijke grond waren sterker bij blootstelling aan meer calciumchloride en ureum.

In veldtesten werd vriesgedroogde bacteriën aangebracht op het oppervlak van 3 bij 3 voet (ongeveer 1 bij 1 meter) percelen, en ureum en calciumchloride werden er bovenop gespoten. De vriesgedroogde bacteriën maakten de bovenste 3 inch (7,6 centimeter) van de grond binnen 24 uur sterker.

Hoewel er meer werk nodig is, zeggen de onderzoekers dat dit de eerste demonstratie is dat vriesgedroogde S. pasteurii levensvatbaar blijft en biocement kan maken, en dat het haalbaar zou kunnen zijn voor toekomstige inzet in het veld.

Meer informatie: Matthew J. Tuttle et al, Houdbare Sporosarcina pasteurii Formulering voor Schaalbare Laboratorium- en Veldproductie van Biocement, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.4c15381

Tijdschrift informatie: ACS Applied Materials en Interfaces

Geleverd door American Chemical Society