Wie zegt er eigenlijk dat de aarde opwarmt?
Inhoudsopgave:
Biologie kan vaak de ultieme ontwerpinspiratie zijn. Meest recent, ingenieurs bij MIT waren in staat om een blad te nemen uit het spel van de natuur om een materiaal te ontwerpen dat zelfgenezend is en carbon-negatief. Het is een welkome nieuwe tool in de strijd tegen klimaatverandering en zou op een dag emissie-zware materialen zoals beton kunnen vervangen door een veel minder onderhoudsvriendelijk, milieuvriendelijk alternatief.
In de nieuwe studie gepubliceerd in Geavanceerde materialen, Chemische ingenieurs hebben gedemonstreerd hoe ze een materiaal kunnen ontwerpen dat in staat is om klimaatopwarmende kooldioxide uit de lucht te halen en het vervolgens te laten groeien en zichzelf te herstellen. De studie, geleid door professor Michael Strano van MIT, doorbreekt barrières op het gebied van materiaalkunde, met een goedkoop, eenvoudig te produceren, zelfherstellend polymeer dat minimaal materiaal nodig heeft.
"Ons materiaal heeft niets anders nodig dan atmosferische koolstofdioxide en omgevingslicht, die alomtegenwoordig zijn", verklaart co-auteur Seonyeong Kwak aan omgekeerde in een e-mail.
Zelfhelende eigenschappen lijken vaak dramatische wonderen te zijn die zijn voorbehouden aan de dierenwereld, bijvoorbeeld gekko's die achterstaarten kweken en zeesterren die volledige ledematen laten groeien (of nog wilder, ledematen die teruggroeien een heel lichaam). De mensheid heeft zich bezig gehouden met regeneratie en slaagt erin zachte robots te ontwerpen die zichzelf kunnen repareren en een zelfherstellende telefoonlaag om de nachtmerrie van verbrijzelde schermen te beëindigen. Maar eerdere methoden vereisen vaak externe invoer, zoals UV-licht, verwarming of een chemische behandeling. Dit nieuwe polymeer is veel minder onderhoud en heeft een gemakkelijk toegankelijke, overvloedige energiebron: koolstofdioxide.
Koolstofhoudende chloroplasten zijn de sleutel
"Stel je een synthetisch materiaal voor dat zou kunnen groeien als bomen, de koolstof uit de koolstofdioxide kan halen en het in de ruggengraat van het materiaal kan verwerken", legt Strano in een persbericht uit.
Door gebruik te maken van chloroplasten, het onderdeel van planten die licht oogsten en transformeren in energie, heeft Strano's team dit mogelijk gemaakt.
Opgeschort in de hydrogel is een polymeer genaamd aminopropyl methacrylamide (APMA), gestabiliseerde chloroplasten verwijderd uit spinazie en een enzym genaamd glucose oxidase (GOx). Bij blootstelling aan zonlicht produceren de chloroplasten glucose. Vervolgens wordt het enzym GOx geactiveerd, waardoor glucose wordt omgezet in gluconolacton (GL), dat reageert met APMA om de volledige cirkel te bereiken, waardoor het materiaal wordt gevormd dat de hydrogel zelf vormt, glucosebevattend polymethacrylamide (GPMAA). Onderzoekers kunnen het materiaal letterlijk zien groeien naar een vaste stof uit vloeibare vorm.
Hoewel chloroplasten essentieel zijn voor het polymeer en aantrekkelijk vanwege hun overvloed, hebben ze ook uitdagende ontwerpproblemen opgeleverd. Als biologische componenten zijn chloroplasten niet gemotiveerd om te functioneren wanneer ze gescheiden zijn van hun plantenwoningen. Als ze eenmaal zijn verwijderd, duurt hun fotosynthetiserende vermogen slechts een paar uur tot een dag, maximaal. Voorlopig verhogen chemisch behandelen van chloroplasten de stabiliteit en glucoseproductie, maar onderzoekers hopen over te schakelen op een niet-biologisch alternatief.
Zelfgenezend voor duurzaamheid
Met toenemende urgentie van het ontwikkelen van duurzamere methoden van leven, houdt het polymeer de belofte in om het denken over het onderhouden van de gebouwde omgeving om ons heen te herstellen.
"Ons werk laat zien dat koolstofdioxide niet alleen een last en een kostenpost hoeft te zijn," zegt Strano. "Het is ook een kans in dit opzicht. Overal is koolstof. We bouwen de wereld op met koolstof. Mensen zijn gemaakt van koolstof. Het maken van een materiaal dat toegang heeft tot de overvloedige koolstof om ons heen is een belangrijke mogelijkheid voor materiaalkunde. Op deze manier gaat ons werk om het maken van materialen die niet alleen koolstofneutraal zijn, maar ook koolstofnegatief."
Het materiaal is niet sterk genoeg voor grootschalige constructie, maar kortstondige toepassingen zoals het opvullen van scheuren of zelfherstellende coatings kunnen binnen slechts 1-2 jaar worden gerealiseerd.
"Materiaalwetenschap heeft nog nooit zoiets geproduceerd," vertelde Strano MIT Nieuws. "Deze materialen bootsen een aantal aspecten na van iets dat leeft, ook al is het niet reproducerend."
Hoe Plastics verrassend kan helpen bij het bestrijden van klimaatverandering
Niet alle bio-polymeren zijn gelijk gemaakt. Naarmate het aantal toepassingen voor polymeer toeneemt, neemt ook de vraag naar kunststoffen toe. Overschakelen van op aardolie gebaseerde polymeren naar polymeren die biologisch zijn gebaseerd, zou de koolstofemissies kunnen verminderen, maar ze fungeren ook als een koolstofput. Er is echter een alternatief dat veel van ...
Wat is Kratom? Hoe de kruidengeneesmiddel kan helpen de Opioïde-crisis te bestrijden
Kratom wordt al honderden jaren gebruikt als een manier om verschillende kwalen te behandelen, maar is pas onlangs in de VS opgedreven. Ondanks het feit dat het enige belofte biedt voor het helpen van chronische pijnpatiënten, dringt DEA aan om er een Schedule 1-medicijn van te maken, wat verder onderzoek naar de effecten ervan zou belemmeren.
Is je vriendje materiaal of gooit hij materiaal?
Wanneer je een man ontmoet, vraag je je meestal af of hij vriendjesmateriaal is. Gebruik deze 20 tekens om te weten wie er in zit voor de relatie en wie niet.