Onderzoekers in de Verenigde Staten hebben een bouwmateriaal bedacht dat zichzelf kan vermenigvuldigen. Het spul is gebaseerd op bacteriën die het harde calciumcarbonaat vormen en zo zandkorrels aan elkaar lijmen. Op termijn kan het bijzondere materiaal misschien beton vervangen, dat niet erg duurzaam is.

Een team met onderzoekers van de University of Colorado Boulder bouwde eerst uit een mengsel van hydrogel en zand een stevige structuur. Deze hydrogel houdt vocht en voedingsstoffen vast, twee dingen die de bacteriën nodig hebben om te floreren.

In deze voor bacteriën gastvrije omgeving gingen de micro-organismen (cyanobacteriën) aan het werk. Ze zetten de voedingsstoffen om in calciumcarbonaat, een proces dat vergelijkbaar is met de vorming van schelpen in de oceaan. Calciumcarbonaat is een hard materiaal dat een structuur zijn sterkte geeft. In dit geval vormt deze harde stof de verbinding tussen de zandkorrels.
 

Levend materiaal

Door een mengsel van zand, hydrogel en bacteriën in mallen te stoppen, ontstonden ‘stenen’ van een nieuw, levend materiaal (zie de foto hieronder). Dit exotische materiaal kan een antwoord zijn op het enorme wereldwijde gebruik van beton. Dat is weliswaar een geweldig bouwmateriaal – sterk, veelzijdig, gaat lang mee – maar het maken van cement (het poeder waarmee je beton bereidt) gaat gepaard met een flinke uitstoot van het broeikasgas CO2 (lees ook het grote artikel 'Schoon beton' dat we in 2016 hierover hadden). Bouwen met beton is verantwoordelijk voor ongeveer 6 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot.

 

Deze mallen bevatten een mengsel van zand, hydrogel en cyanobacteriën. De laatstgenoemden vormen vaste verbindingen tussen de zandkorrels, zodat stevige bouwblokken worden gevormd. Dit levende materiaal is ongeveer even sterk als mortel gemaakt van cement.


Vermenigvuldigen

Het nieuwe materiaal is gebaseerd op bacteriën en leeft dus feitelijk. Dit is cruciaal, want hierdoor kan het materiaal zich ook vermenigvuldigen. Dit demonstreerden de onderzoekers door een eerder geproduceerde steen van hun nieuwe materiaal doormidden te snijden. Nadat deze helften waren voorzien van extra hydrogel, zand en voedingsstoffen, groeide er nieuw, hard materiaal aan.

Tot nu toe is het op die manier gelukt om uit één steen acht bouwstenen te produceren. ‘We zijn hier echt enthousiast over, want dit kan een aanvulling zijn op de gebruikelijke manier waarop we bouwmaterialen produceren’, zegt hoofdonderzoeker Wil Srubar van de University of Colorado Boulder. ‘Dit laat zien wat er mogelijk is met exponentiële materiaalproductie.’
 

Mars

Wat precies het nut is van hun bijzondere onderzoek, laten de wetenschappers zien in een artikel in het vaktijdschrift Matter. Bouwen met bacteriën kan handig zijn in omgevingen waar bouwmaterialen lastig naartoe te brengen zijn, zoals heel afgelegen gebieden of woestijnen.

Of wat te denken van Mars. Als je naar een verre planeet vliegt, dan wil je zo weinig mogelijk lading meenemen, want het vervoeren van vracht is schreeuwend duur. Astronauten hoeven wellicht slechts een paar bacteriekolonies mee te nemen en die op de rode planeet aan het werk te zetten met een mengsel van Marszand en voedingsstoffen. De micro-organismen hebben verder genoeg aan een beetje zonlicht en de juiste temperatuur.
 

De juiste omstandigheden

Maar vóór het zover is, is er nog meer onderzoek nodig. Bijvoorbeeld naar wat de juiste omstandigheden zijn voor de bacteriën, bij welke temperaturen en luchtvochtigheid zich ze het meest senang voelen.

Ook willen de Amerikanen bekijken of de bacteriën wanneer ze eenmaal in een bouwblok zitten, bepaalde nuttige functies kunnen krijgen. Misschien zijn er wel bacteriën zodanig genetisch aan te passen, dat ze luchtvervuiling kunnen opnemen. Dan zouden de beestjes niet alleen de stenen voor onze huizen kunnen produceren, maar ook zorgen voor een iets schonere leefomgeving.


Openingsfoto: een voorbeeld van een bouwsteen gemaakt door bacteriën. Foto’s College of Engineering and Applied Science at Colorado University Boulder.