EPFL ve Lozan Üniversitesi’nden bilim insanları, biyoçimento malzemesi oluşumunun özelliklerini tetkik etmek için ve özgün olan çevre bilimi için tasarlanmış bir çip kullandılar. Biyoçimento, inşaat mühendisliği uygulamalarında sıklıkla kullanılan çimento bağlayıcılarının yerine geçme potansiyeline sahip bir malzeme olmuştur.
Kartvizit büyüklüğündeki çipin yüzeyi, bir uçtan diğer uca birer metre uzunluğuna ve insan saçı kalınlığına sahip olmak üzere akış yönüne doğru oyulmuştur. Araştırmacılar oyulan kanalın bir ucundan solüsyon maddesi enjekte etmişlerdir ve hızlandırılmış mikroskopi yardımıyla solüsyonun davranışını incelemişler. Tıp bilim insanları, atar damarların nasıl tıkandığını veya bir ilacın kan dolaşımına nasıl yayıldığını incelemek gibi sağlık uygulamaları için benzer çipler kullanırken, çevre mühendisleri bunları içme suyundaki biyofilmler ve kirletici maddeler üzerinde çalışmak için kullandılar.
EPFL’nin Zemin Mekaniği Laboratuvarı’ndaki (LMS) inşaat mühendislerinden oluşan bir ekip, Lozan Üniversitesi Yerbilimleri ve Çevre Fakültesi’nde (UNIL) bulunan bilim insanlarıyla birlikte çipi, şu anda bulunan karmaşık taşıma ve tepki olaylarının durumlarını anlamak için yeniden tasarladılar. Bu sayede yeni biyoçimento türlerinin oluşumunu gözlemlediler.
Ariadni Elmaloglou, EPFL’nin Zemin Mekaniği Laboratuvarı‘ndan (LMS) tez danışmanlarından biri olan Dimitrios Terzis ile birlikte, minerallerin nasıl oluştuğunu ve akışın nasıl tepki verdiğini incelemek için kuma benzeyen mikroakışkan çiplere biyoçimento solüsyonları enjekte edildi. Biyoçimento bileşenlerinden kum türleri değişim gösterirken, kalsiyum ve üre oranları aynı kalmıştır.
Elmaloglou: “Çip sayesinde, farklı karışımlarda biyoçimentonun kütle dağılımındaki değişiklikleri gözlemledik. Örneğin, minerallerin nerede oluştuğunu ve hangi karışımların uzun akış yolu boyunca üstün mekanik özelliklere yol açabileceğini görebildik. Bu açıdan çip, minyatür hacimleri sayesinde, verimli biyo-çimentasyon protokolleri tasarlamak için farklı karışımlarla çok sayıda deney yapmamızı sağlamaktadır.” dedi.
Metre uzunluğunda test
Mühendislerin bulduğu sonuçlar bilimsel raporlarda yayınlanmıştır. Çatlak tamiri, karbon depolama ve toprak ıslahı gibi pek çok uygulama alanında önemli olan biyoçimento oluşumunu eş zamanlı olarak bir metre uzunluğunda inceleyen ilk çalışmadır. Bu konuda daha fazla araştırmayı incelemek için tüm veriler açık kaynak formatında sunulmuştur.
LMS mühendisleri çalışmalarının bir sonraki adımına çoktan başladılar. Terzis: “Çip; kum yerine cam, plastik veya ezilmiş beton gibi geri dönüştürülmüş malzemelerin birleşimleri ile yapılan biyoçimentoları test etmemizi sağlıyor.” dedi. Bu biyoçimentolar, inşaat endüstrisinin karbon ayak izini azaltmaya ve endüstride tamamen yenilik yaratmaya yardımcı olabilir. Tersiz: “Ürettiğimiz çipte kullanılan malzemeleri, özellikle kumu bulmak giderek zorlaşsa da, endüstri alanında hâlâ büyük ölçüde beton kullanılıyor. Çalışmamız, disiplinler arası bir yaklaşımın bunu değiştirmek için uzun bir yol alacağını göstermekle birlikte diğer araştırma alanlarından gelen yöntemlere açık bir çalışmadır.” dedi.
EPFL’de yeni biyoçimento türleri icat etmek
Dimitrios Terzis, bakteri ve üre ile yapılan yeni bir tür biyoçimento geliştirmiştir. Yapılan işlem, çimento klinkerleri yerine toprak parçacıklarını birbirine bağlamak için kalsiyum karbonat (CaCO3) kristalleri kullanıldı. Bununla birlikte biyo-bazlı, kullanımı kolay, dayanıklı olan çimento, kireç ve endüstriyel reçineler dahil olmak üzere mevcut bağlayıcılarla karşılaştırıldığında oldukça düşük maliyetli bir malzemedir. Özellikle reçineleri uzun vadede kararsız hale getirmek, toprağı mikroplastikler veya toksik bileşiklerle kirletir ve yeraltı suyu alkalinitesini kabul edilen limitlerin üzerindeki seviyelere çıkarabilir.
EPFL tarafından geliştirilen biyoçimento, az miktarda elektrik gerektirecek ortamda ucuza sıcaklık üretebilir. Operatörler, biyosementasyon seviyelerini kendi özel ihtiyaçlarına göre ayarlayabilir. Az miktarda CaCO3 eklenirse operatörler, toprağın sıvılaşmasına yol açabilecek deprem kaynaklı kayma gerilmelerine dayanacak kadar dayanıklı, kumtaşı gibi bir sonuç elde eder.
Diğer uygulamalar eğimli istikrar problemlerinin çözülmesine veya mevcut temellerin eski haline getirilmesine yardımcı olur. Daha fazla CaCO3 biyomineralleri eklenirse, elde edilen sonuç inşaat malzemesi olarak veya toprağı su geçirmez hale getirmek için kullanılabilecek bir karışımdır.
Kaynakça
https://techxplore.com/news/2022-12-chip-scientists-biocement-formation-real-time.html