Ideea de a face construcții din gheață nu este nouă și are o poveste neobișnuită, care începe în plin Al Doilea Război Mondial, când Marina Regală Britanică a încercat să construiască un portavion dintr-un material făcut din gheață amestecată cu pastă de lemn. Materialul, numit Pykrete, era, potrivit relatărilor vremii, la fel de rezistent ca betonul, cu o singură condiție, destul de greu de îndeplinit: trebuia să rămână permanent înghețat, scrie Science Alert.
În planurile britanicilor, nava ar fi fost un fel de aisberg plutitor, construit la comandă și consolidat astfel încât avioanele să poată decola și ateriza de pe el. Costurile au crescut însă tot mai mult, iar între timp au apărut soluții mai practice, așa că proiectul a fost abandonat.
Acum, la aproape opt decenii distanță, o echipă de cercetători condusă de specialiști de la Universitatea Ebraică din Ierusalim a reluat această idee și a dus-o mult mai departe, creând un material nou pe care l-au numit BioPykrete.
Mai rezistentă de zece ori și mult mai greu de spart
Secretul noului material stă în două ingrediente adăugate în gheață: niște cristale microscopice obținute din plante și o proteină creată special în laborator.
Rezultatul este o gheață de zece ori mai rezistentă decât cea obișnuită, care poate absorbi de 70 de ori mai multă energie înainte să se rupă, adică poate suporta lovituri și presiuni pe care gheața normală nu le-ar rezista.
Studiul a fost publicat în revista științifică Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, iar autorii lui speră ca, într-o zi, materialul să poată fi folosit în construcții.
„Am vrut să mergem dincolo de simpla amestecare a unor fibre în gheață și să controlăm, în schimb, modul în care diferitele materiale se leagă la nivel molecular”, spune biochimistul Ido Braslavsky, de la Universitatea Ebraică din Ierusalim.
„Rezultatul schimbă nu doar cât de rezistentă este gheața, ci și felul în care se rupe. În loc să se spargă brusc, poate absorbi mult mai multă energie și se deformează treptat”, mai explică acesta.
Cu alte cuvinte, diferența nu ține doar de cât de mult rezistă materialul, ci și de felul în care cedează: în loc să crape dintr-odată, ca un geam, BioPykrete se îndoaie și se deformează încet, ceea ce îl face mult mai sigur pentru o eventuală construcție.
Construcții în Arctica și Antarctica, fără beton și fără oțel
De data aceasta, nimeni nu se mai gândește la portavioane. Cercetătorii au în vedere locuri izolate și extrem de reci, precum Arctica și Antarctica, unde transportul materialelor obișnuite și folosirea metodelor clasice de construcție sunt foarte dificile, în timp ce gheața se găsește din abundență.
Avantajul nu este doar unul practic, ci și unul de mediu. Pentru că materialul nu are nevoie de beton sau de oțel, iar ingredientele principale sunt gheața și celuloza din plante, BioPykrete ar putea deveni un material de construcție care poluează foarte puțin și care, la final, se descompune în mod natural.
Cercetătorii explică, în studiul lor, de ce acest lucru contează.
„Deși industria construcțiilor este un pilon al economiei globale, ea rămâne unul dintre cei mai importanți poluatori, responsabilă de emisii substanțiale de carbon și de epuizarea masivă a resurselor”, scriu cercetătorii în studiul publicat. „Biotehnologia oferă o cale transformatoare pentru atenuarea acestui impact, prin dezvoltarea unor biomateriale noi și sustenabile”.
Cum funcționează „super-gheața”
Dacă britanicii foloseau pastă de lemn, formată din fibre mari și dezordonate, cercetătorii din Israel au ales nanocristale de celuloză, adică particule de mii de ori mai mici decât grosimea unui fir de păr.
Celuloza este materialul care dă plantelor structură și rezistență, iar sub formă de nanocristale poate întări alte materiale, inclusiv gheața. Mai exact, aceste cristale minuscule funcționează ca niște bariere care împiedică fisurile să se extindă ușor prin material, așa cum armătura dintr-un zid oprește crăpăturile să se întindă.
Pentru ca gheața și celuloza să rămână unite, cercetătorii au folosit o proteină numită CBM3a-AFPIII, care combină două componente: o proteină antigel, de felul celor care îi ajută pe unii pești să supraviețuiască în apele înghețate, și o parte care se leagă de carbohidrați, cum este celuloza.
Practic, proteina joacă rolul unui lipici care ține strâns laolaltă cristalele de celuloză și gheața.
Cercetătorii cred că pot îmbunătăți și mai mult această „super-gheață”, dacă vor ajusta ingredientele și felul în care materialul este înghețat.
„Optimizarea cineticii de solidificare și a protocoalelor de înghețare, alături de dezvoltarea unor variante diverse de AFP-CBM, ar putea produce compozite cu o rezistență și mai mare”, scriu cercetătorii.
Mai e drum lung până la primele clădiri
Va mai trece totuși destul timp până când BioPykrete va putea fi folosit cu adevărat în construcții. Studiul de acum a fost doar un prim test, făcut la scară mică, pentru a demonstra că ideea funcționează, iar cercetătorii trebuie să afle în continuare cum se comportă materialul în timp și în condiții care se schimbă, de la variații de temperatură la presiuni diferite.
Echipa vrea, de asemenea, să studieze mai atent felul în care fisurile se răspândesc prin BioPykrete, pentru a confirma că materialul își datorează rezistența exact mecanismelor pe care le-au presupus.
Pe termen lung, însă, ideea de a folosi o proteină creată special pentru a uni două materiale care, în mod normal, nu au nimic în comun, cum sunt gheața și celuloza, ar putea deschide un drum cu totul nou pentru materialele folosite în ambalaje, în construcții și în multe alte domenii.
„Făcând legătura între proiectarea proteinelor recombinante și ingineria structurală, am dezvoltat un material de înaltă performanță, conceput special pentru condițiile dure ale celor mai extreme medii de pe planetă”, scriu cercetătorii.