مشروع ألماني ينجح في إنتاج مواد بناء من البول

ألمانيا – تمكّن فريق من العلماء الألمان من تحويل البول البشري إلى خرسانة حيوية صديقة للبيئة، في إطار مشروع يهدف إلى تقليل الاعتماد على المواد التقليدية عالية الانبعاثات في قطاع البناء.

واستخدم فريق البحث بقيادة البروفيسور لوسيو بلانديني، رئيس معهد الهياكل خفيفة الوزن والتصميم المفاهيمي (ILEK) بجامعة شتوتغارت، تقنية التمعدن الحيوي الميكروبي التي تعتمد على تحويل اليوريا الموجودة في البول إلى بلورات كربونات الكالسيوم عبر تفاعل بكتيري.

وتقوم البلورات الناتجة بربط حبيبات الرمل معا، مكوّنة مادة متينة تشبه الحجر الرملي، تُستخدم في تشكيل عناصر بناء مختلفة. وهذا الابتكار جاء ضمن مشروع يحمل اسم SimBioZe، ويهدف إلى استغلال البول كمورد غير مستغل وتحويله إلى جزء من سلسلة قيمة دائرية تشمل 'مياه الصرف الصحي – الخرسانة الحيوية – الأسمدة'.

ويأتي هذا المشروع في وقت يبحث فيه العالم عن بدائل للإسمنت، المكوّن الرئيسي للخرسانة، الذي يُنتج بنحو 4 مليارات طن سنويا، ويساهم في انبعاثات ضخمة نتيجة الحاجة لتسخين الحجر الجيري إلى درجات حرارة مرتفعة.

وعلى عكس ذلك، يتم إنتاج الخرسانة الحيوية بطاقة أقل وبانبعاثات محدودة، ما يجعلها خيارا واعدا في ظل التحديات المناخية.

وأوضحت الباحثة مايا سميرنوفا، من معهد ILEK، أن العملية تبدأ بخلط البكتيريا مع الرمل داخل قالب، ثم يُغسل المزيج بالبول المعزز بالكالسيوم على مدى 3 أيام. يؤدي ذلك إلى تحلل اليوريا ونمو بلورات كربونات الكالسيوم، ما يُنتج في النهاية مادة صلبة تشبه كيميائيا الحجر الرملي الجيري.

وتفاوتت قوة الخرسانة الحيوية المنتجة حسب نوع البول المستخدم. إذ بلغت أكثر من 50 ميغا باسكال عند استخدام محلول يحتوي على يوريا عالية الجودة، مقارنة بـ20 ميغا باسكال باستخدام بول اصطناعي (يسمح بالتحكم الدقيق في مكوناته مثل تركيز اليوريا، ما يسهل دراسة تأثيرها على التفاعلات الحيوية، مثل تلك المستخدمة في إنتاج الخرسانة الحيوية)، و5 ميغا باسكال فقط مع البول البشري الحقيقي، بسبب انخفاض النشاط البكتيري أثناء المعالجة.

ويطمح الفريق لرفع قوة الخرسانة الحيوية إلى 30–40 ميغا باسكال، وهي كافية لبناء منشآت يصل ارتفاعها إلى 3 طوابق.

كما يخطط العلماء لبناء منشأة تجريبية في مطار شتوتغارت لمعالجة البول المجمّع من المرافق العامة، وتحويله إلى مواد بناء وأسمدة، ما يجسّد مفهوم البنية التحتية الدائرية.

وبدعم من وزارة العلوم والبحث والفنون في ولاية بادن-فورتمبيرغ، انتقل المشروع إلى مرحلته الثانية بتمويل جديد يستمر لثلاث سنوات، يركّز على تحسين الكفاءة البكتيرية وجودة الإنتاج.

وحاليا، يجري الفريق اختبارات لتقييم متانة الخرسانة الحيوية تحت ظروف التجمّد والذوبان، استعدادا لاستخدامها في تطبيقات خارجية.

نشرت نتائج الدراسة في مجلة npj Materials Sustainability.

المصدر: interesting engineering