Żeby skarpa nad drogą się nie osunęła, a nasyp utrzymał ciężar, grunt trzeba czymś związać. Zwykle robi się to cementem, wapnem albo popiołem lotnym — skutecznie, ale ciężkim sprzętem i kosztem wód gruntowych. Szwajcarski projekt CEBREWA poszedł inaczej: zaprzągł do pracy mikroorganizmy, które w trakcie swojego metabolizmu wytwarzają węglan wapnia i sklejają nim ziarna gleby od środka. Osiemnaście miesięcy badań pokazało przy okazji, jak daleko jest z laboratorium na budowę — a na końcu możesz sprawdzić, czy sam doprowadzasz pomysły do końca.
Stabilizacja gruntu brzmi jak temat wyłącznie dla inżynierów, ale stoi za nią bardzo konkretna lista kłopotów. Miasta rosną i budują coraz bliżej stoków. Drogi, nasypy i tamy postawione dekady temu starzeją się szybciej, niż ktokolwiek zakładał. Do tego dochodzą trzęsienia ziemi, erozja i osuwiska, które zabierają podłoże spod gotowych konstrukcji. Za każdym razem odpowiedź jest ta sama: luźny grunt trzeba czymś związać, żeby przestał się przesuwać.
Zapotrzebowanie na takie naprawy nie maleje. Ekstremalne zjawiska pogodowe i presja na infrastrukturę w miastach sprawiają, że skarp, nasypów i dróg do wzmocnienia będzie przybywać, a nie ubywać.
Klasyczny zestaw jest znany od dawna: popiół lotny, wapno i cement, wtłaczane w podłoże pod wysokim ciśnieniem. Metoda działa, tylko że wymaga ogromnych ilości energii na samo wytworzenie tego ciśnienia i wjazdu ciężkiego sprzętu tam, gdzie często nie ma na niego miejsca.
Jest też koszt, którego nie widać z powierzchni. Syntetyczne spoiwa potrafią nieodwracalnie uszkodzić wody gruntowe i ekosystemy podpowierzchniowe — a te, w odróżnieniu od skarpy, nie dają się naprawić kolejnym zabiegiem.
Projekt CEBREWA (Construction & Environmental Biocementation in REal World Applications) odwrócił pytanie. Zamiast szukać lepszego spoiwa do wlania w ziemię, sięgnął po proces, który przyroda prowadzi sama: niektóre mikroorganizmy w wyniku swojej aktywności metabolicznej wytwarzają węglan wapnia. Kalcyt krystalizuje się w przestrzeniach między ziarnami i wiąże je w jedną strukturę.
„Wykorzystujemy proces tworzenia kalcytu za pośrednictwem mikroorganizmów, aby umożliwić glebom tworzenie własnych wiązań mineralnych, zamiast polegać na konwencjonalnych spoiwach syntetycznych” — tłumaczy Lyesse Laloui, koordynatorka projektu i dyrektorka Laboratorium Mechaniki Gleby na École Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii.
Między zdaniem „mikroorganizm produkuje wapień” a zdaniem „skarpa się trzyma” leży cała droga pomiarowa. Zespół przeszedł ją w obie strony skali:
„Oceniliśmy technologię od skali pojedynczych porów po skalę pola. Wykorzystaliśmy do tego zaawansowane techniki obrazowania, badania laboratoryjne i modelowanie numeryczne. Zastosowaliśmy także duże bioreaktory do hodowli mikroorganizmów oraz przeprowadziliśmy pełnowymiarowe próby stabilizacji skarp” — wylicza Laloui.
CEBREWA trwał osiemnaście miesięcy, od 1 lutego 2021 do 31 lipca 2022, przy wkładzie Unii Europejskiej w wysokości 150 000,00 EUR i identyfikatorze umowy o grant 963913. Jak na projekt badawczy to niedużo czasu, ale zadanie było wąskie: przenieść gotową już technologię z laboratorium w stronę zastosowań inżynieryjnych.
Efektem są narzędzia projektowe i monitorujące — czyli dokładnie to, czego potrzebuje projektant, żeby w ogóle wpisać taką metodę do dokumentacji. Wskazane zastosowania to ochrona przed erozją, poprawa nośności, stabilizacja skarp i wzmacnianie konstrukcji dróg.
Sama biocementacja nie powstała w CEBREWA. Technologie opatentowano wcześniej, w finansowanym przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekcie BIOGEOS o identyfikatorze 788587. Dalej niesie je Medusoil, spin-off EPFL — spółka powołana po to, żeby patent zamienić w produkt, który ktoś kupi i zastosuje.
Przed technologią stoi jeszcze osobna, długa robota: certyfikacja międzynarodowa w standardach ISO i CE, standaryzacja oraz procedury kontroli jakości. To etap, o którym na studiach mówi się najmniej, a bez którego żaden wykonawca nowej metody nie użyje, bo nie miałby jak za nią odpowiadać.
CEBREWA to dobry przykład projektu, w którym nikt nie pracuje sam. Mikrobiolog prowadzi hodowlę w bioreaktorze, geotechnik mierzy nośność, chemik pilnuje warunków krystalizacji, a ktoś jeszcze buduje model numeryczny, który to wszystko spina. Każda z tych osób przyszła z innego kierunku studiów i żadna nie zrobiłaby tego sama.
Druga rzecz jest mniej oczywista. „Wynik w laboratorium” i „technologia na rynku” to dwa różne osiągnięcia, oddalone od siebie o lata, patenty i normy. „Naszym celem jest znaczne obniżenie emisji dwutlenku węgla, zmniejszenie inwazyjności i zwiększenie przyjazności dla środowiska w procesie ulepszania gruntów bez pogorszenia parametrów inżynieryjnych” — mówi Laloui. Ostatnie cztery słowa są tu najważniejsze: ekologiczne rozwiązanie, które nie utrzyma skarpy, nikomu nie pomoże.
CEBREWA pokazał, że grunt da się związać bez zalewania go cementem — wystarczy dać mikroorganizmom warunki, w których wyprodukują wapień tam, gdzie jest potrzebny. Technologia ma już patenty, własną spółkę i pierwsze próby polowe w pełnej skali, a przed sobą certyfikaty i normy. Najciekawsze w tej historii jest to, że przełom nie polegał na wymyśleniu nowego urządzenia, tylko na przeniesieniu bardzo starego procesu przyrody tam, gdzie akurat się przydał.
5 pytań · minuta · bez zapisywania
poleca:
