انقلابی در صنعت بتن؛ تبدیل ادرار به بتن با کمک باکتری!

در اینجا، به بررسی علمی فناوری تبدیل ادرار به بتن با کمک باکتری (Urine-based bioconcrete) می‌پردازیم.

چگونه ادرار انسان به بتن تبدیل می‌شود؟

تبدیل ادرار به بتن با کمک باکتری، فناوری‌ای نوآورانه است که با هدف کاهش آسیب به محیط‌زیست و صرفه‌جویی در منابع طبیعی طراحی شده است. در این روش، ادرار انسان به‌عنوان منبع اوره (Urea) مورداستفاده قرار می‌گیرد و با کمک باکتری‌های خاص، واکنش‌های شیمیایی لازم برای ساخت ماده‌ای سخت و پایدار به وجود می‌آید. در نتیجه، یک نوع بتن زیستی تولید می‌شود که کاربرد‌های گسترده‌ای در صنعت ساخت‌وساز دارد.

در این روش، ترکیبی از شن، پودر باکتری، مواد معدنی و محلول ادرار غنی‌شده با کلسیم، داخل قالب ریخته می‌شود. باکتری‌ها طی فرایندی به نام زیست‌کانی‌سازی میکروبی (Biomineralisation)، اوره را به آمونیاک و دی‌اکسیدکربن تجزیه می‌کنند. این فرایند باعث رسوب بلور‌های کربنات کلسیم (Calcium Carbonate) می‌شود. این بلور‌ها به ذرات شن می‌چسبند و ماده‌ای سخت و سنگ‌مانند ایجاد می‌کنند. نتیجه، بلوک‌هایی مقاوم هستند که قابلیت استفاده در اجزای مختلف ساختمانی مثل دیوار پیش ساخته را دارند.

استفاده از ادرار، به دلیل دارا بودن آب، مصرف آب شیرین را کاهش می‌دهد. همچنین، چون فرایند در دمای محیط انجام می‌شود، انرژی کمی نیاز دارد و برخلاف بتن سنتی، نیازی به گرم‌کردن سنگ‌آهک نیست. همین موضوع به کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن در صنعت ساخت‌وساز کمک می‌کند.

نقش باکتری‌ها در تولید بتن ساخته‌شده از ادرار

یکی از بخش‌های کلیدی در فرایند تبدیل ادرار به بتن با کمک باکتری، عملکرد باکتری‌های خاصی است که توانایی تجزیه اوره را دارند. این باکتری‌ها به خانواده باکتری‌های اوره‌لیتیک (Ureolytic Bacteria) تعلق دارند. آنها قادرند در محیط قلیایی فعال شوند و واکنش‌هایی را آغاز کنند که پایه و اساس سخت شدن بتن زیستی را تشکیل می‌دهد.

این باکتری‌ها معمولا در قالب پودر خشک در اختیار تولیدکنندگان قرار می‌گیرند و زمانی که با رطوبت و ادرار ترکیب می‌شوند، فعالیت خود را آغاز می‌کنند. آنها ابتدا اوره را تجزیه کرده و سپس با یون‌های کلسیم ترکیب می‌شوند تا بلور‌های کربنات کلسیم تولید کنند. این بلور‌ها باعث چسبیدن دانه‌های شن به یکدیگر می‌شوند و ساختاری محکم و پایدار به وجود می‌آورند.

در طول سه روز اول، باکتری‌ها بیشترین فعالیت را دارند. در این بازه زمانی، محلول ادرار چندین بار روی قالب‌ها ریخته می‌شود. هر بار ریختن، فرصتی جدید برای تولید بلور‌های بیشتر فراهم می‌کند؛ اما پس از این دوره، سطح فعالیت آنها کاهش پیدا می‌کند و ساختار تثبیت می‌شود.

مزایای بتن ساخته‌شده از ادرار

بتن ساخته‌شده از ادرار نه‌تنها از منابع قابل بازیافت استفاده می‌کند، بلکه باعث کاهش مصرف انرژی و تولید گاز‌های گلخانه‌ای نیز می‌شود. در ادامه، سایر مزایای این فناوری را بررسی می‌کنیم:

• استفاده مستقیم از ادرار و حذف نیاز به آب شیرین
• کاهش انتشار گاز دی‌اکسیدکربن در مقایسه با بتن معمولی
• تولید هم‌زمان بتن زیستی و کود کشاورزی از ادرار
• کاهش وابستگی به منابع طبیعی مانند آهک و شن بکر
• امکان استفاده از این فناوری در مکان‌های عمومی مانند فرودگاه‌ها و ایستگاه‌های مترو

مقایسه با بتن معمولی

بتن سنتی یکی از پرمصرف‌ترین مصالح ساختمانی است که در تولید آن، به حجم زیادی انرژی و منابع طبیعی نیاز است. در مقابل، بتن زیستی مبتنی بر ادرار با ویژگی‌هایی متفاوت ساخته می‌شود و مزایای خاص خود را دارد.

در بتن معمولی، برای تهیه سیمان باید سنگ‌آهک در دمای خاص پخته شود. این کار انرژی زیادی مصرف می‌کند و مقدار زیادی گاز گلخانه‌ای مانند CO₂ تولید می‌شود. در مقابل، در تبدیل ادرار به بتن با کمک باکتری در دمای محیط انجام می‌شود و تقریبا هیچ نیازی به حرارت بالا ندارد. همین تفاوت، اثرات زیست‌محیطی دو روش را کاملا از یکدیگر جدا می‌کند.

از نظر مقاومت، بتن معمولی به‌طور متوسط دارای مقاومت فشاری بین ۲۰ تا ۴۰ مگاپاسکال است. نمونه‌هایی از بتن زیستی که با اوره صنعتی تولید شده‌اند، به مقاومت ۵۰ مگاپاسکال نیز رسیده‌اند. البته نمونه‌هایی که از ادرار واقعی انسان ساخته‌شده‌اند، در حال حاضر حدود ۵ مگاپاسکال مقاومت دارند، اما با اصلاح فرایند، امکان افزایش این مقدار وجود دارد.

هزینه تولید بتن زیستی به‌واسطه حذف سیمان و استفاده از مواد بازیافتی کمتر است. همچنین به دلیل استفاده از ادرار و عدم نیاز به آب شیرین، در مناطق خشک نیز قابل اجراست. این ویژگی، به‌ویژه در مناطقی با منابع آبی محدود، بسیار کاربردی است.

در نهایت، بتن زیستی برخلاف نوع سنتی، قابلیت تولید هم‌زمان کود کشاورزی را هم دارد؛ زیرا بخشی از مواد معدنی ادرار که در بتن استفاده نمی‌شوند، به کود تبدیل می‌شوند. این ویژگی بتن زیستی را از نظر اقتصادی و محیط‌زیستی، به گزینه‌ای دو منظوره و سودمند برای آینده ساخت‌وساز تبدیل کرده است.