С помощью фермента карбоангидразы можно сделать самовосстанавливающийся бетон.

Бетон давно стал символом стойкости, надёжности и основательности – с железобетонными доказательствами даже в суд не страшно идти. Однако если бы бетон умел говорить и ему дали слово, то на вопрос, чего он боится, у него было бы что сказать. Главный враг всех железобетонных конструкций – это трещины. В них попадает вода, замерзая и оттаивая, она расширяет трещины, открывая себе путь к «скелету» бетона – стальной арматуре, которая от контакта с водой начинает ржаветь. Ржавчина занимает бо́льший объём, чем металл, и это расширение приводит к тому, что бетон начинает как бы разрывать изнутри – он ещё больше трескается и расслаивается.

Образование трещин и последующая коррозия арматуры может стать причиной разрушения железобетонной конструкции. Фото: Wil C. Fry/Flickr.com

Однако существуют способы продлить жизнь стареющему бетону. Если вовремя заметить образовавшиеся трещины, то можно заполнить их специальными составами, чтоб остановить их рост. Другой способ заключается в том, чтобы «научить» бетон самостоятельно залечивать свои «раны» – сделать его самовосстанавливающимся. Такую необычную способность бетону могут придать, например, бактерии.

Для этого в ещё жидкий бетон добавляют микрокапсулы, в которых содержатся споры определённых бактерий и питательная среда для них – кальциевая соль молочной кислоты (лактат кальция). В виде спор бактерии внутри бетона могут существовать очень и очень долго, а когда в бетоне образуется трещина, то поступающая по ней влага растворяет капсулу и оживляет спящих микробов. Бактерии начинают перерабатывать лактат кальция, а продуктом их жизнедеятельности становятся твёрдые нерастворимые кристаллы карбоната кальция – вещества, которое и так встречается в структуре обычного бетона.

И вот недавно исследователям из Вустерского политехнического института удалось улучшить такую бактериальную технологию, удалив из неё ключевой элемент – бактерии, заменив их на фермент. Дело в том, что микробы, хоть и справляются с заделкой трещин в бетоне, всё-таки довольно хлопотные объекты. Им нужна еда, какие-никакие приемлемые условия для размножения, да и сами они могут оказаться для нас не самыми приятными соседями. Вместо целой бактерии учёные взяли для спасения бетона всего лишь один фермент из группы карбоангидраз. Это большая группа ферментов, которые умеют превращать молекулу углекислого газа в гидрокарбонатный ион. Подобный процесс протекает и сам по себе при растворении углекислого газа в воде, но фермент ускоряет его во много-много раз. Карбоангидраза весьма неприхотлива и химически устойчива, поэтому может долгое время ждать своего «звёздного часа», находясь в структуре бетона.

Когда в таком «ферментированном» бетоне образуется трещина, и через неё проникает вода, то карбоангидраза начинает превращать растворённый в воде углекислый газ в гидрокарбонатные ионы, которые при встрече с ионами кальция тут же образуют нерастворимую соль – карбонат кальция. Источником кальция служат его растворимые соли, которые добавляют в бетон на этапе его производства. Образующийся карбонат кальция заполняет свежую трещину, тем самым не давая ей увеличиваться в размерах. Ключевой момент в новой технологии – это время. Карбоангидраза «работает» очень быстро, и там, где забетонированным бактериям на заделку трещины требуются месяцы, фермент справляется за несколько дней.

Остаётся надеяться, что технологии изготовления самовосстанавливающихся материалов будут развиваться так же быстро, как работает карбоангидраза, и помогут человечеству сэкономить ресурсы планеты.