尿液中的混凝土？科学家利用细菌和废物制造更环保的建筑材料

使用技术尿素，该团队的抗压强度达到了50 兆帕（MPa）以上，大大超过了早期的生物矿化材料。

德国科学家成功地将尿液转化为生物混凝土，这是一个旨在通过从废物中制造建筑材料来彻底改变可持续建筑的项目的一部分。

由斯图加特大学轻量级结构和概念设计研究所（ILEK）所长Lucio Blandini领导的研究小组利用微生物生物矿化，这是一种生物技术过程，细菌将尿液中的尿素转化为碳酸钙晶体。

这些具有光滑表面的径向条纹的大圆形晶体将沙粒结合在一起，从而形成一种坚固且环保的生物混凝土，其化学性质与天然砂岩相似。

该项目名为“SimBioZe”，研究人员认识到尿液是一种丰富但未充分利用的资源，这促使他们探索微生物生物矿化作为传统混凝土生产的可持续替代方案。

在巴登-符腾堡州科学、研究和艺术部的支持下，初步的可行性研究成功地证明了将尿液转化为环保生物混凝土的可行性。

绿色建材

虽然混凝土仍然是全球使用最广泛的建筑材料，每年生产约40亿吨，但其高昂的环境价格促使建筑行业寻求更可持续的替代品。

生产水泥是它的关键成分，需要将石灰石加热到大约2642华氏度（1450摄氏度）的温度，这需要消耗大量的能源，并释放大量的温室气体。

为了应对这一环境挑战，研究团队开发了生物混凝土作为一种有前途的替代品，通过一种创新的方法，将其整合到“废水-生物混凝土-肥料”价值链中，将一种常见的废物同时转化为有价值的建筑材料和肥料。

ILEK的研究助理Maiia Smirnova理学硕士解释说，生物混凝土是通过生物矿化生产的，生物矿化是生物体通过化学反应产生无机材料的过程。

她继续说道：“我们将一种含有细菌的粉末与沙子混合，将混合物放入模具中，然后在一个自动过程中用富含钙的尿液冲洗三天。”“细菌分解尿素，再加上向尿液中添加钙，导致碳酸钙晶体生长。”

这个过程将沙子混合物固化成生物混凝土，最终生产出一种化学性质与天然钙质砂岩相似的固体。她补充说：“根据模具的不同，可以制作出各种形状和大小的元素，目前最大深度为15厘米。”

试验成果显著

根据研究人员的说法，当使用技术级尿素时，生物混凝土的抗压强度超过了50兆帕（MPa），使其比以前可用的生物矿化材料强得多。

同时，人造尿液测试产生的强度为20兆帕，而真正的人类尿液产生的强度约为5兆帕，因为在处理过程中细菌活性下降。研究人员的目标是进一步提高这种强度，目标是达到30到40兆帕的强度，足以用于三层楼高的建筑物。

Blandini在一份新闻稿中总结道：“与传统水泥生产相比，我们的生物混凝土生产过程消耗的能源和排放要少得多。”“但我们的方法也是可持续的，因为我们将产品嵌入了一个循环价值链。”

该团队目前正在评估生物混凝土在冻融条件下的弹性，确定其户外应用的适用性。该项目的第二阶段，最近获得了额外三年的资金，将专注于优化细菌活性和进一步改进生产过程。

此外，为了测试其在现实世界中的适用性，科学家们计划在斯图加特机场建造一个试验设施。该设施将处理从高密度公共区域收集的尿液，将其转化为生物混凝土，同时提取有价值的肥料。通过创造循环经济，回收营养物质并最大限度地减少浪费，该项目是可持续城市基础设施的典范。

这项研究发表在《npj材料可持续性》杂志上。

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