Historia BioPykrete’u rozpoczęła się podczas II wojny światowej. Niemal cały, poza amerykańskim, przemysł zbrojeniowy borykał się z brakiem stali. Ogromne problemy miały też stocznie. Wówczas jeden człowiek, ekscentryczny Anglik, którego chyba najlepiej opisać jako połączenie Alberta Einsteina i Howarda Hughesa, zaproponował rozwiązanie.
WIDEO…
Geoffrey Pyke przedstawił swój plan powstrzymanie sukcesów niemieckich U-bootów na północnym Atlantyku samemu Winstonowi Churchillowi. W czasach, gdy zbudowane ze stali lotniskowce miały przeciętnie wyporność od 20 000 do 30 000 ton przy długości ponad 244 metrów, Pyke opracował plan budowy lotniskowca o wyporności 2,2 miliona ton. Zdecydowaną większość masy lotniskowca miał stanowić sztucznie wytwarzany lód zwany pykretem. Był to lód wzmocniony miazgą drzewną, który miał być równie wytrzymały jak beton, pod warunkiem utrzymywania go w stanie zamrożonym.
Lodowe lotniskowce
Można powiedzieć, że taki okręt byłby w praktyce pływającą, specjalnie uformowaną i wzmocnioną górą lodową, z której samoloty mogłyby startować i na której mogłyby lądować. Rosnące koszty oraz pojawienie się lepszych rozwiązań sprawiły jednak, że projekt ostatecznie zarzucono. Tym bardziej, że wielu nie wierzyło w to, iż można uzyskać tak wytrzymały materiał tylko dzięki wodzie i celulozie.
Na szczęście 80 lat później ideę superlodu podchwycili badacze z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, tworząc materiał, który nazwali BioPykrete. Dodając do zwykłego lodu kryształy pochodzenia roślinnego i specjalnie zaprojektowane białko, uzyskali materiał 10 razy wytrzymalszy od zwykłego lodu oraz zdolny pochłonąć 70 razy więcej energii, nim pęknie.
Łączenie na poziomie molekularnym
– Chcieliśmy wyjść poza zwykłe mieszanie włókien z lodem i zamiast tego kontrolować sposób, w jaki różne materiały łączą się na poziomie molekularnym – powiedział biochemik Ido Braslavsky z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. Dodał, że uzyskany efekt zmienia nie tylko wytrzymałość lodu, lecz także sposób, w jaki on pęka. – Zamiast nagle się roztrzaskiwać, może pochłaniać znacznie więcej energii i stopniowo się odkształcać – twierdzi Braslavsky.
Tak wytrzymały i ekologiczny materiał, którego głównymi składnikami są lód i celuloza pochodzenia roślinnego, mógłby stać się nowoczesnym biodegradowalnym materiałem budowlanym o niewielkim śladzie węglowym. Pozwoliłoby to wesprzeć budownictwa na odległych, zimnych obszarach, gdzie trudno stosować konwencjonalne metody budowlane. Mowa o takich miejscach jak Arktyka i Antarktyka.
Jak podkreślają badacze, choć budownictwo stanowi jeden z filarów gospodarki, jest też ono jednym z największych źródeł zanieczyszczenia środowiska. Odpowiada za znaczne emisje dwutlenku węgla i zużywanie ogromnych ilości zasobów. Natomiast biotechnologia oferuje możliwość znacznego ograniczenia tego wpływu poprzez opracowywanie nowych, zrównoważonych biomateriałów.
Wytrzymały jak lód
W przypadku BioPykrete’u badacze wykorzystali zamiast miazgi drzewnej nanokryształy celulozy, które mogą działać jak mikroskopijny składnik wzmacniający inne materiały, w tym lód. To właśnie nanokryształy celulozy utrudniają rozprzestrzenianie się pęknięć w BioPykrete. Natomiast wykorzystane do wzmocnienia materiału białko CBM3a-AFPIII jest połączeniem białka zapobiegającego zamarzaniu (AFP) z modułem wiążącym węglowodany (CBM). Działa ono jak klej utrzymujący połączenie między nanokryształami celulozy a lodem.
– Optymalizacja kinetyki krzepnięcia i procedur zamrażania, wraz z opracowaniem różnych wariantów AFP-CBM, mogłaby pozwolić na uzyskanie kompozytów o jeszcze większej wytrzymałości – sądzą badacze. Oprócz dalszych testów trwałości materiału naukowcy chcą także dokładniej przyjrzeć się temu, jak pęknięcia rozprzestrzeniają się w BioPykrete, aby potwierdzić, że mechanizmy odpowiadające za jego wzmocnienie rzeczywiście działają tak, jak przypuszczają.
