Noul auto-vindecare, material negativ de carbon ar putea ajuta la combaterea schimbărilor climatice

Biologia poate fi deseori inspirația de design final. Cel mai recent, inginerii de la MIT au putut să ia o frunză din agenda naturii pentru a crea un material care să se auto-vindece și carbon-negativ. Este un nou instrument bun venit în lupta împotriva schimbărilor climatice și ar putea înlocui într-o bună zi materiale cu conținut de emisii, cum ar fi betonul, cu o alternativă mult mai puțin menținută și ecologică.

În noul studiu publicat în Materiale avansate, inginerii chimici au demonstrat cum să proiecteze un material capabil să scoată din aer dioxidul de carbon care încălzește clima și să-l folosească apoi să se dezvolte și să se repare. Studiul, condus de profesorul Michael Strano de la MIT, sparge barierele din domeniul științei materialelor, cu un polimer ieftin, simplu de realizat, auto-reparator care necesită materiale minime.

"Materialul nostru nu are nevoie decât de dioxid de carbon atmosferic și de lumină ambientală, care sunt omniprezente", explică coautorul Seonyeong Kwak Invers într-un e-mail.

Proprietățile de auto-vindecare par a fi adesea minuni dramatice rezervate lumii animalelor, de exemplu geci care creează înapoi cozile și crustacee crescând înapoi membrele întregi (sau mai sălbatice, membre care cresc înapoi un întreg corp). Oamenii s-au adunat în regenerare, reușind să proiecteze roboți moi care se pot repara și o acoperire telefonică cu auto-vindecare pentru a încheia coșmarul ecranelor sparte. Dar metodele anterioare necesită adesea o intrare externă, cum ar fi lumina UV, încălzire sau un tratament chimic. Acest polimer nou este o întreținere mult mai redusă și are o sursă de energie abundentă și accesibilă: dioxid de carbon.

Cloroplastele cu consum de carbon sunt cheia

"Imaginați-vă un material sintetic care ar putea crește ca copacii, luând carbonul din dioxidul de carbon și încorporându-l în coloana vertebrală a materialului", explică Strano într-un comunicat de presă.

Profitând de cloroplastele, componenta plantelor care recoltează și transformă lumina în energie, echipa lui Strano a făcut acest lucru posibil.

Suspendat în hidrogel este un polimer numit aminopropil metacrilamidă (APMA), cloroplaste stabilizate îndepărtate din spanac și o enzimă numită glucozoxidază (GOx). Când este expus la lumina soarelui, cloroplastele produc glucoză. Apoi, enzima GOx se transformă în glucoză, transformând glucoza în gluconolactonă (GL), care reacționează cu APMA pentru a ajunge la un cerc complet, creând chiar materialul care formează hidrogelul în sine, polimetacrilamida cu conținut de glucoză (GPMAA). Cercetătorii pot vedea literalmente materialul să crească într-o formă solidă din formă lichidă.

În timp ce sunt cheia polimerului și atrăgătoare din cauza abundenței lor, cloroplastele au prezentat, de asemenea, probleme de design provocatoare. Ca componente biologice, cloroplastele nu sunt motivate să funcționeze atunci când sunt separate de casele lor de plante - odată eliminate, abilitățile lor fotosintetice durează doar câteva ore până la o zi, maxim. Pentru moment, tratarea chimică a cloroplastelor a crescut stabilitatea și producția de glucoză, dar cercetătorii speră să treacă la o alternativă non-biologică.

Auto-vindecare pentru durabilitate

Cu urgența din ce în ce mai mare de a dezvolta metode mai durabile de viață, polimerul are promisiunea de a ajuta la reinițializarea gândirii privind menținerea mediului construit din jurul nostru.

"Lucrările noastre arată că dioxidul de carbon nu trebuie să fie o povară pură și un cost", spune Strano. "Este, de asemenea, o oportunitate în acest sens. Există carbon peste tot. Construim lumea cu carbon. Oamenii sunt fabricați din carbon. Realizarea unui material care să aibă acces la carbonul abundent în jurul nostru este o oportunitate semnificativă pentru știința materialelor. În acest fel, munca noastră este de a face materiale care nu sunt doar neutre din punct de vedere al emisiilor de carbon, ci carbon negative."

Materialul nu este suficient de puternic pentru construcții la scară largă, dar aplicațiile pe termen scurt, cum ar fi spargerea fisurilor sau auto-vindecarea, ar putea fi realizate în numai 1-2 ani.

"Știința materialelor nu a produs niciodată așa ceva", a declarat Strano pentru MIT News. "Aceste materiale imită unele aspecte ale vieții, chiar dacă nu reproduc".