EPFL(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) ve Lozan Üniversitesi’nden araştırmacılar, başlangıçta çevre bilimi için oluşturulan bir çip kullanarak biyoçimento üretiminin özelliklerini incelediler. Bu madde bazı durumlarda inşaat mühendisliğinde geleneksel çimento bağlayıcılarının yerini alabilir.
Çip bir kredi kartı büyüklüğünde ve yüzeyinde bir metre uzunluğunda ve bir insan saçı kalınlığında bir akış kanalı bulunuyor. Hızlandırılmış mikroskopi yardımıyla araştırmacılar kanalın bir ucuna bir çözelti enjekte edebilir ve saatlerce süren bir süre boyunca davranışını izleyebilirler. Çevre mühendisleri aynı çipleri içme suyundaki biyofilmleri ve toksinleri analiz etmek için kullanırken, tıp uzmanları da arterlerin nasıl tıkandığını veya bir ilacın kan dolaşımına nasıl yayıldığını araştırmak için kullandı.
Şimdi, Lozan Üniversitesi Yerbilimleri ve Çevre Fakültesi’nden (UNIL) araştırmacılar ve EPFL Zemin Mekaniği Laboratuvarı’ndan (LMS) inşaat mühendislerinden oluşan bir ekip, yeni biyoçimento çeşitlerinin oluşumunda yer alan karmaşık taşıma-reaksiyon olaylarını anlamak için çipi yeniden tasarladılar.
Biyoçimento Kullanımı
Doktora öğrencisi Ariadni Elmaloglou ve EPFL Zemin Mekaniği Laboratuvarı’ndan (LMS) tez danışmanlarından Dimitrios Terzis, minerallerin nasıl oluştuğunu ve akışın nasıl tepki verdiğini gözlemlemek için çeşitli kum türlerine benzeyen mikroakışkan çiplere biyoçimento çözeltileri eklediler. Biyoçimentonun ana bileşenleri olan kalsiyum ve üre, kum türlerinin yanı sıra aynı kaldı.
Elmaloglou şöyle açıklıyor: “Çipin kullanımıyla, çeşitli kombinasyonlarda biyoçimento kütle dağılımındaki değişiklikleri gözlemleyebildik. “Örneğin, minerallerin oluşumunu ve uzun bir akış yolu boyunca daha yüksek mekanik niteliklerle sonuçlanabilecek kombinasyonları görebiliriz. Çipin kompakt hacimleri, etkili biyoçimentolama teknikleri geliştirmek için çeşitli kombinasyonlarla birkaç deneme yapmamıza olanak tanıyor.”
Çalışmaları, bir metre boyunca biyoçimento gelişimini gerçek zamanlı olarak inceleyen ilk çalışma olduğundan, kırık onarımı, karbon depolama ve toprak iyileştirme dahil olmak üzere çeşitli potansiyel uygulamalar için önemlidir. Bu konuda daha fazla çalışma yapılmasını teşvik etmek için tüm veriler açık kaynak formatında kullanıma sunulmuştur.
LMS mühendisleri şimdiden bir sonraki araştırma turu üzerinde çalışıyor. Terzis, çip sayesinde kum yerine cam, plastik veya kırılmış beton gibi geri dönüştürülmüş malzeme agregaları kullanan biyoçimentoları test etmemizi kolaylaştırıyor. Bu biyoçimentler yapı sektörünün karbon ayak izini azaltabilir ya da belki de tamamen dönüştürebilir.
“Başta kum olmak üzere betonu oluşturmak için gerekli malzemeleri bulmak giderek zorlaşsa da, sektör hala büyük ölçüde betona güveniyor. Araştırmamız multidisipliner bir yaklaşımın bu durumu nasıl önemli ölçüde değiştirebileceğini gösteriyor. Ancak çeşitli çalışma alanlarından gelen yaklaşımlara açık olmalıyız.”
Dimitrios Terzis, LMS’deki doktora tezi için yepyeni bir üre ve bakteri bazlı biyoçimento türü yarattı. Bu süreçte toprak parçacıklarını birbirine bağlamak için çimento klinkerleri yerine kalsiyum karbonat (CaCO3) kristalleri kullanılıyor. Sonuçta biyo-bazlı, kullanımı kolay, dayanıklı ve çimento, kireç ve endüstriyel reçineler gibi diğer bağlayıcılarla kıyaslandığında makul fiyatlı bir madde ortaya çıkıyor. Örneğin, reçineler zaman içinde nispeten kararsız hale gelme, toprağı mikroplastikler veya tehlikeli maddelerle kirletme ve yeraltı suyunun alkalinitesini çok yüksek seviyelere çıkarma potansiyeline sahiptir.
EPFL tarafından geliştirilen biyoçimento yerel olarak düşük maliyetle ve oda sıcaklığında çok az elektriğe ihtiyaç duyularak üretilebilir. İşletmeciler biyoçimento seviyesini kendi gereksinimlerine uyacak şekilde değiştirebilirler. Çok az CaCO3 eklenerek kumtaşı benzeri bir ürün üretilebilir ve bu ürün, toprak sıvılaşmasına neden olabilecek depremlerin getirdiği kayma gerilmelerine dayanacak kadar güçlüdür.
Diğer uygulamalar hasarlı temellerin onarılmasına veya şev stabilizasyonu sorunlarının çözülmesine yardımcı olabilir. Toprağı su geçirmez hale getirmek veya yapı malzemesi olarak kullanılabilecek bir karışım oluşturmak için daha fazla CaCO3 biyo-minerali eklenebilir.
Terzis ve Prof. Lyesse Laloui, tekniklerini ticarileştirmek amacıyla 2018 yılında EPFL girişimi MeduSoil’i kurdu. Şirket halihazırda hem yurt içinde hem de uluslararası alanda saha testleri gerçekleştirdi.
