ปูนซีเมนต์มีชีวิต! เก็บพลังงานด้วยแบคทีเรีย
จุลินทรีย์ขึ้นชื่อเรื่อง ความสามารถในการเอาชีวิตรอดที่น่าทึ่ง และตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบคุณสมบัติที่น่าทึ่งอีกอย่างหนึ่ง: การเปลี่ยนปูนซีเมนต์ให้เป็นอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานไฟฟ้า
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 9 กันยายนใน Cell Reports Physical Science นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aarhus ในเดนมาร์กอธิบายว่าพวกเขาเพาะแบคทีเรียที่เรียกว่า Shewanella oneidensis ลงในปูนซีเมนต์ แบคทีเรียเหล่านี้ขึ้นชื่อในด้านการถ่ายโอนอิเล็กตรอนข้ามพื้นผิวได้ดี และนักวิจัยสงสัยว่าพวกมันสามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำพลังงานในปูนซีเมนต์ได้หรือไม่
แท้จริงแล้ว ปูนซีเมนต์กลับมามีชีวิต โดยแบคทีเรียได้สร้าง “เครือข่ายของตัวนำประจุที่สามารถทั้งจัดเก็บและปล่อยพลังงานไฟฟ้าได้” นักวิจัยอธิบายใน แถลงการณ์ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ปูนซีเมนต์สามารถจัดเก็บและปล่อยกระแสไฟฟ้าได้ ซึ่งเป็นการค้นพบที่วันหนึ่งอาจทำให้เกิดอาคารที่ยั่งยืนมากขึ้นได้ ที่ดียิ่งกว่านั้นคือ นักวิจัยพบว่าแม้หลังจากจุลินทรีย์ตายไปแล้ว วัสดุนั้นก็สามารถฟื้นคืนชีพได้โดยการป้อนสารอาหาร
เมื่อจุลินทรีย์ตายไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เคล็ดลับง่ายๆ ก็ทำให้พวกมันกลับมามีชีวิตอีกครั้ง ทีมงานได้บูรณาการเครือข่ายไมโครฟลูอิดิกเพื่อให้สารอาหารแก่แบคทีเรีย และช่องทางเดียวกันนี้สามารถใช้เพื่อ “ปลุก” ระบบ โดยกู้คืนความสามารถในการใช้พลังงานดั้งเดิมได้ถึง 80% ตามการศึกษา
“เราได้รวมโครงสร้างเข้ากับฟังก์ชัน” Qi Luo ผู้เขียนนำการศึกษาและวิศวกรโยธาที่มหาวิทยาลัย Aarhus กล่าว
“ผลลัพธ์คือวัสดุชนิดใหม่ที่สามารถรับน้ำหนักและจัดเก็บพลังงานได้ และสามารถกลับมาทำงานได้อีกครั้งเมื่อได้รับสารอาหาร”
วัสดุที่เป็นผลลัพธ์ให้พลังงานจำนวนมาก นักวิจัยกล่าว แม้จะอยู่ภายใต้ความเครียด ตัวอย่างเช่น แบบทดสอบความเครียดอย่างหนึ่งเกี่ยวข้องกับการนำปูนซีเมนต์ไปไว้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งมันทนทานได้อย่างง่ายดาย และเมื่อนักวิจัยเชื่อมต่อปูนซีเมนต์หกบล็อก โครงสร้างดังกล่าวก็สร้างพลังงานมากพอที่จะเปิดไฟ LED ได้
ปูนซีเมนต์มีราคาค่อนข้างถูกเมื่อเทียบกับวัสดุส่วนใหญ่ ทำให้ง่ายต่อการปรับขนาด แบคทีเรียยังมีอยู่มากมายในธรรมชาติ ซึ่งหมายความว่าเทคโนโลยีนี้มีความยั่งยืนเป็นหัวใจสำคัญ กล่าวคือ จำเป็นต้องมีงานเพิ่มเติมเพื่อนำสิ่งที่อยู่ในเอกสารพิสูจน์แนวคิดไปสู่การเป็นวัสดุพร้อมสำหรับตลาด
“เราคาดการณ์ว่าเทคโนโลยีนี้จะถูกรวมเข้ากับอาคารจริง ในผนัง ฐานราก หรือสะพาน ซึ่งสามารถรองรับแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น แผงโซลาร์เซลล์ โดยการจัดเก็บพลังงานในท้องถิ่น” Luo กล่าว
“ลองนึกภาพห้องธรรมดาที่สร้างด้วยปูนซีเมนต์มีชีวิตที่ผสมแบคทีเรีย: แม้แต่ที่ความหนาแน่นพลังงานเพียง 5 Wh/kg ผนังเพียงอย่างเดียวก็สามารถเก็บได้ประมาณ 10 kWh ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้เซิร์ฟเวอร์ระดับองค์กรมาตรฐานทำงานได้ทั้งวัน”
ปูนซีเมนต์มีชีวิต: วัสดุแห่งอนาคต
การพัฒนาปูนซีเมนต์มีชีวิตนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในวงการวัสดุก่อสร้างอย่างแท้จริง เพราะไม่เพียงแต่จะช่วยลดการใช้พลังงานโดยรวมของอาคารเท่านั้น แต่ยังอาจเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหาการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนอีกด้วย ลองจินตนาการถึงเมืองทั้งเมืองที่อาคารทุกหลังทำหน้าที่เป็นแบตเตอรี่ขนาดยักษ์ นั่นคงเป็นภาพที่น่าตื่นตาตื่นใจ
ทำไมปูนซีเมนต์มีชีวิตถึงสำคัญ
- ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการผลิตปูนซีเมนต์
- ช่วยจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน
- สร้างอาคารที่ยั่งยืนมากขึ้น
- ใช้แบคทีเรียที่มีอยู่ตามธรรมชาติ
อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อจำกัดบางประการที่ต้องแก้ไขก่อนที่ปูนซีเมนต์มีชีวิต จะสามารถนำไปใช้งานจริงได้อย่างแพร่หลาย เช่น ความทนทานของแบคทีเรียในระยะยาว และต้นทุนการผลิตที่อาจสูงในระยะแรก แต่ด้วยการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เราเชื่อว่าปูนซีเมนต์มีชีวิตมีศักยภาพที่จะปฏิวัติวงการก่อสร้างได้อย่างแท้จริง
และนี่อาจเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาวัสดุ “มีชีวิต” อื่นๆ ที่สามารถตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมและปรับตัวได้ด้วยตัวเอง ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากในการสร้างโลกที่ยั่งยืนมากขึ้น