Новий самовідновлювальний, вуглецевий негативний матеріал може допомогти подолати зміну клімату

Біологія часто може бути кінцевим натхненням дизайну. Зовсім нещодавно інженери MIT змогли витягнути лист із природокористування, щоб створити матеріал, який самовідновлюється. і вуглець-негативний. Це вітається новим інструментом у боротьбі зі зміною клімату і може одного разу замінити важкі для викидів матеріали, такі як бетон, на більш екологічно чисту альтернативу.

У новому дослідженні опубліковано в Додаткові матеріали, інженери-хіміки продемонстрували, як розробити матеріал, здатний витягувати з повітря вуглекислий газ, що зігріває клімат, а потім використовувати його для вирощування і ремонту. Дослідження під керівництвом професора Майкла Страно в MIT, порушує бар'єри в галузі матеріалознавства, з недорогим, простим у виробництві, самостійним полімером, який потребує мінімального матеріалу.

"Наш матеріал не потребує нічого, крім атмосферного вуглекислого газу та навколишнього світла, які є повсюдними", - пояснює співавтор Seonyeong Kwak. Обернено електронною поштою.

Самовідновні властивості часто здаються драматичними чудесами, відведеними для тваринного світу, наприклад, геккони, що вирощують хвости і морські зірки, що ростуть назад цілими кінцівками (або ще дикіші, кінцівки, які відростають назад) всього тіла). Людство плутало в регенерації, спромоглася розробити м'які роботи, які можуть відремонтувати себе і покриття для самозбереження телефону, щоб завершити кошмар зруйнованих екранів. Але попередні методи часто вимагають зовнішнього введення, наприклад, ультрафіолетового світла, нагрівання або хімічної обробки. Цей новий полімер є набагато більш низьким у обслуговуванні і має легко доступний, багатий джерело енергії: діоксид вуглецю.

Хлоропласти, які харчуються вуглецем, є ключем

"Уявіть синтетичний матеріал, який може рости, як дерева, приймати вуглець з вуглекислого газу і включати його в основу матеріалу", - пояснює Страно в прес-релізі.

Скориставшись хлоропластами, компонентом рослин, які збирають і перетворюють світло в енергію, команда Страно зробила це можливим.

Суспендований в гідрогелі полімер називається амінопропілметакриламід (APMA), стабілізовані хлоропласти, видалені зі шпинату, і фермент, званий глюкозооксидазою (GOx). При дії сонячних променів хлоропласти виробляють глюкозу. Потім фермент GOx вмикається, перетворюючи глюкозу в глюконолактон (GL), який реагує з APMA на повне коло, створюючи сам матеріал, який утворює сам гідрогель, що містить глюкозу полиметакриламид (GPMAA). Дослідники можуть буквально бачити, як матеріал перетворюється на тверду з рідкої форми.

Хоча вони є ключовими для полімеру і привабливими через їх достатку, хлоропласти також представляють складні питання дизайну. Як біологічні компоненти, хлоропласти не мотивовані функціонувати, коли відокремлені від своїх рослинних будинків - після того, як їх видаляють, їх фотосинтезуючі здібності тривають лише кілька годин до дня, максимум. Поки хімічна обробка хлоропластів підвищила стабільність і виробництво глюкози, але дослідники сподіваються перейти на небіологічну альтернативу.

Самовідновлення для стійкого розвитку

Зі зростанням терміновості розробки більш стійких методів життя, полімер обіцяє допомогти скинути мислення щодо збереження навколишнього середовища.

"Наша робота показує, що вуглекислий газ не повинен бути суто тягарем і вартістю", - каже Страно. - Це також можливість в цьому відношенні. Всюди є вуглець. Ми будуємо світ вуглецем. Люди виготовлені з вуглецю. Створення матеріалу, який може отримати доступ до великої кількості вуглецю навколо нас, є значною можливістю для матеріалознавства. Таким чином, наша робота полягає у створенні матеріалів, які є не просто вуглецевими, а вуглецевими.

Матеріал недостатньо міцний для великомасштабної конструкції, але короткочасні додатки, такі як заповнення тріщин або самовідновлювальних покриттів, можуть бути реалізовані всього за 1-2 роки.

"Матеріалознавство ніколи не виробляло нічого подібного", - сказав Страно Новини MIT. "Ці матеріали імітують деякі аспекти життя, навіть якщо це не відтворюється".