يمكن أن تساعد المواد الجديدة السلبية للشفاء والكربون في مكافحة تغير المناخ

علم الأحياء يمكن أن يكون في كثير من الأحيان مصدر إلهام التصميم في الآونة الأخيرة ، كان المهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قادرين على إخراج ورقة من كتاب اللعب الطبيعي لتصميم مادة تلتئم بنفسها و الكربون السلبي. إنها أداة جديدة مرحب بها في مكافحة تغير المناخ ، ويمكن أن تحل في يوم من الأيام محل المواد الثقيلة الناتجة عن الانبعاثات مثل الخرسانة ببديل أكثر صيانًا وصديقًا للبيئة.

في الدراسة الجديدة التي نشرت في مواد متطورة، أظهر المهندسون الكيميائيون كيفية تصميم مادة قادرة على سحب ثاني أكسيد الكربون الذي يسخن في المناخ من الهواء ثم استخدامه للنمو وإصلاح نفسه. الدراسة ، التي قادها البروفيسور مايكل سترانو في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، تكسر الحواجز في مجال علم المواد ، مع البوليمر غير مكلفة وسهلة الإنتاج ، وإصلاح الذات التي تحتاج إلى الحد الأدنى من المواد.

"لا تحتاج موادنا إلى شيء سوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والضوء المحيط في كل مكان" ، يشرح المؤلف المشارك سونيونج كواك: معكوس في بريد الكتروني.

غالبًا ما يبدو أن خصائص الشفاء الذاتي هي معجزات مثيرة محفوظة لعالم الحيوانات ، على سبيل المثال رحمه الله ينمو ذيله الخلفي ونجم البحر الذي يعيد أطرافه بالكامل (أو ما زال وحشيًا ، أطرافه التي تنمو مرة أخرى كامل الجسم). انخرطت البشرية في التجديد ، وتمكنت من تصميم روبوتات ناعمة يمكنها إصلاح نفسها وطلاء هاتف شفاء ذاتي لإنهاء كابوس الشاشات المدمرة. لكن الأساليب السابقة غالباً ما تتطلب مدخلات خارجية ، مثل الأشعة فوق البنفسجية أو التدفئة أو المعالجة الكيميائية. هذا البوليمر الجديد هو صيانة أقل بكثير ولديه مصدر طاقة يسهل الوصول إليه وفير: ثاني أكسيد الكربون.

Chloroplasts أكل الكربون هي المفتاح

"تخيل مادة اصطناعية يمكن أن تنمو مثل الأشجار ، وأخذ الكربون من ثاني أكسيد الكربون وإدراجه في العمود الفقري للمادة" ، يشرح سترانو في بيان صحفي.

من خلال الاستفادة من البلاستيدات الخضراء ، وهي مكون من النباتات التي تحصد وتحول الضوء إلى طاقة ، جعل فريق Strano ذلك ممكنًا.

معلق في هيدروجيل هو بوليمر يسمى أمينوبريل ميثاكريلاميد (APMA) ، البلاستيدات الخضراء المستقرة التي أزيلت من السبانخ ، وأنزيم يسمى أوكسيديز الجلوكوز (GOx). عندما تتعرض لأشعة الشمس ، فإن البلاستيدات الخضراء تنتج الجلوكوز. ثم يبدأ الإنزيم GOx في تحويل الجلوكوز إلى جلوكونولاكتون (GL) ، والذي يتفاعل مع APMA ليأتي دائرة كاملة ، وخلق المادة ذاتها التي تشكل هيدروجيل نفسه ، polymethacrylamide المحتوية على الجلوكوز (GPMAA). يمكن للباحثين أن يروا حرفيًا أن المادة تنمو إلى مادة صلبة من شكل سائل.

في حين أنها عنصر رئيسي في البوليمر وجذابة بسبب وفرة بهم ، قدمت البلاستيدات الخضراء أيضا قضايا تصميم صعبة. كمكونات بيولوجية ، لا يتم تحفيز البلاستيدات الخضراء على العمل عند فصلها عن بيوت النباتات الخاصة بها - بمجرد إزالتها ، فإن قدراتها في التمثيل الضوئي لا تستغرق سوى ساعات قليلة إلى يوم ، بحد أقصى. في الوقت الحالي ، أدت المعالجة الكيميائية للبلاستيدات الخضراء إلى زيادة الاستقرار وإنتاج الجلوكوز ، لكن الباحثين يأملون في التحول إلى بديل غير بيولوجي.

الشفاء الذاتي من أجل الاستدامة

مع الإلحاح المتزايد لتطوير أساليب معيشة أكثر استدامة ، يحمل البوليمر وعدًا للمساعدة في إعادة التفكير في الحفاظ على البيئة المبنية من حولنا.

يقول سترانو: "يوضح عملنا أن غاز ثاني أكسيد الكربون ليس بالضرورة عبئًا وتكلفة". إنها أيضًا فرصة في هذا الصدد. يوجد الكربون في كل مكان. نحن نبني العالم بالكربون. يصنع البشر من الكربون. يعد صنع مادة يمكنها الوصول إلى الكربون الوفير من حولنا فرصة مهمة لعلم المواد. وبهذه الطريقة ، يتمثل عملنا في صنع مواد ليست محايدة للكربون فحسب ، بل سلبية للكربون ".

المواد ليست قوية بما يكفي للبناء على نطاق واسع ، ولكن يمكن أن تتحقق تطبيقات قصيرة الأجل مثل ملء الشقوق أو الطلاء الشفاء الذاتي في غضون 1-2 سنوات.

"علم المواد لم ينتج أي شيء مثل هذا" ، قال سترانو أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. "تحاكي هذه المواد بعض جوانب الحياة ، على الرغم من أنها لا تتكاثر".