Бетон давно стал символом урбанизации: прочный, холодный и неизменно серый. Им построены дороги, мосты, небоскрёбы и целые города. Но учёные решили вдохнуть в него жизнь — буквально. Исследователи из Орхусского университета (Дания) и Чунцинского университета Цзяотун (Китай) создали "живой цемент", в котором живут электроактивные бактерии. Этот материал способен не только удерживать здания, но и накапливать электричество, превращаясь в источник энергии.
"Мы объединили структуру с функцией", — рассказал ведущий автор проекта Ци Ло.
В результате получился материал, который выдерживает нагрузки, хранит энергию и даже восстанавливается при поступлении питательных веществ.
Ключевую роль играет микроорганизм Shewanella oneidensis — бактерия, известная способностью передавать электроны через поверхности. В цемент она попадает во время смешивания с сульфатом натрия — веществом, которое служит питанием и электролитом. После затвердевания в структуре образуются микроканалы, по которым можно подавать питательные растворы.
Так возникает микробно-цементный гибрид, в котором биологические и неорганические компоненты работают как единая система.
Плотность энергии: 178,7 Вт⋅ч/кг
Срок службы: после 10 000 циклов сохраняется 85 % ёмкости
Температурная устойчивость: от -15 °C до +33 °C
Один килограмм такого цемента может питать до 44 светодиодных ламп, а стена стандартной комнаты — накопить до 10 кВт⋅ч энергии, чего достаточно для работы офисного сервера в течение суток.
| Параметр | Живой цемент | Литий-ионная батарея |
|---|---|---|
| Источник энергии | Бактерии | Химическая реакция |
| Плотность энергии | 178,7 Вт⋅ч/кг | 150-250 Вт⋅ч/кг |
| Экологичность | Без токсичных металлов | Содержит тяжёлые металлы |
| Восстановление | Возможно при подаче питательных веществ | Нет |
| Температурная устойчивость | Высокая | Средняя |
Учёные предполагают, что живой цемент можно будет использовать в фундаментах, стенах и мостах, превращая здания в активные энергетические узлы. Он может накапливать энергию от солнечных панелей или ветрогенераторов и питать городскую инфраструктуру.
"Мы видим, как технология станет частью архитектуры будущего. Стены зданий будут не только удерживать конструкции, но и обеспечивать энергией их внутренние системы", — пояснил Ци Ло.
Ошибка: считать, что это просто лабораторная новинка.
Последствие: недооценка потенциала устойчивого строительства.
Альтернатива: рассматривать технологию как часть зелёной энергетики.
Ошибка: игнорировать биологическую составляющую.
Последствие: утрата функциональности микробов.
Альтернатива: разработка устойчивых штаммов и регулярная "подпитка".
Ошибка: использовать обычный цемент без модификации.
Последствие: гибель микроорганизмов.
Альтернатива: адаптировать пористость и состав для циркуляции питательных веществ.
Главное препятствие — агрессивная щёлочная среда цемента. Она губительна для большинства бактерий. Кроме того, активность микроорганизмов сильно зависит от температуры, влажности и количества питательных веществ. Исследователи работают над созданием более устойчивых штаммов и изменением структуры цемента, чтобы улучшить вентиляцию и выживаемость бактерий.
Представьте мегаполис, где здания вырабатывают и хранят энергию, мосты ремонтируют себя, а стены регулируют температуру. "Живые материалы" открывают дорогу к архитектуре, где граница между биологией и инженерией размыта.
Подобные технологии уже рассматриваются для умных домов и инфраструктуры: здания смогут питать уличное освещение и даже подзаряжать электромобили.
| Плюсы | Минусы |
|---|---|
| Экологичность и отсутствие тяжёлых металлов | Высокая стоимость разработки |
| Возможность самовосстановления | Необходимость ухода за бактериями |
| Совмещение несущей и энергетической функций | Ограниченная долговечность микробов |
| Работа в широком диапазоне температур | Технология пока не масштабирована |
Может ли цемент реально питать дом?
Пока нет, но технология демонстрирует потенциал локального накопления энергии в конструкциях зданий.
Как долго живут бактерии?
Исследователи сохранили 80 % их активности после восстановления питательными растворами.
Безопасен ли материал?
Да, бактерии не патогенны и не представляют угрозы для человека.
Когда появятся первые здания с таким цементом?
По прогнозам разработчиков, в течение ближайших 10-15 лет — после успешных полевых испытаний.
Миф: бактерии разрушают бетон.
Правда: в данном случае они укрепляют структуру и участвуют в передаче энергии.
Миф: живой цемент нестабилен.
Правда: материал сохраняет до 85 % ёмкости после 10 000 циклов.
Миф: технология непрактична.
Правда: при масштабировании она может стать альтернативой батареям и кабелям.
Shewanella oneidensis может передавать электроны так же эффективно, как проводник.
Один килограмм живого цемента способен питать до 44 LED-лампочек.
После "подкормки" бактерии восстанавливают до 80 % ёмкости материала.
2020-е: активные исследования биоархитектуры и самовосстанавливающегося бетона.
2024: создание первого цемента, способного хранить энергию.
2025: публикация работы в Cell Reports Physical Science - начало нового направления "биоэнергетических материалов".
Живой цемент — это не просто изобретение, а шаг к будущим городам, где здания станут частью энергетической экосистемы. Как отмечают авторы из Орхусского университета, сочетание инженерии и микробиологии открывает новую эру устойчивого строительства, где стены смогут не только защищать, но и питать жизнь вокруг нас.