Chế tạo thành công bê tông sinh học có thể tự chữa lành vết nứt bằng vi khuẩn

Bê tông đã được con người sử dụng từ hàng nghìn năm qua như một loại vật liệu xây dựng chủ yếu và từ đó đến nay. Bê tông là một loại vật liệu chủ chốt hữu dụng trong ngành xây dựng, nhưng nó lại có một số nhược điểm so với các loại vật liệu khác, nhất là so với đá xây dựng về khả năng năng chống chọi với thời tiết. Muối và băng tuyết thường xuyên là nguyên nhân gây ra vết nứt nhỏ và các lỗ hổng, làm cho cấu trúc bê tông dễ bị tổn thương bởi sự thâm nhập của nước. Vì vậy hậu quả là sự tốn kém kinh phí và công sức cho việc sửa chữa và nâng cấp cấu trúc bê tông.

Giáo sư vi sinh vật Henk Jonkers tại Đại học công nghệ Delft, Hà Lan vừa phát minh ra một loại bê tông có khả năng tự chữa lành các vết nứt nhờ vi khuẩn. Theo đó, các loại vi khuẩn sẽ được "đóng gói" cùng thức ăn và trộn sẵn vào bê tông trong quá trình xây dựng. Khi vết nứt xuất hiện, vi khuẩn sẽ thức dậy, ăn và thải ra một chất kết dính để vá các vết nứt. Jonkers cho rằng cách làm này sẽ giúp tuổi thọ của các công trình cao hơn nhiều thập kỷ so với bình thường.

Ý tưởng phát minh nói trên nảy sinh khi Jonkers nghĩ tới vấn đề cơ thể động vật có thể dùng biện pháp khoáng hóa (mineralization) để tự hàn các chỗ xương bị gãy, như vậy phải chăng có thể áp dụng biện pháp này cho việc hàn gắn vết nứt trên khối bê-tông. Bằng cách trộn sữa calcium (calcium lactate) với loại vi khuẩn làm ra đá vôi, Jonkers thấy có thể hàn kín bất kỳ vết nứt nào trên kết cấu bê-tông, dù là tường bê-tông hay mặt đường bê-tông. “Loại bê-tông này hoàn hảo cho các cấu trúc vốn rất khó bảo dưỡng, chẳng hạn như các công trình ngầm dưới lòng đất, đường cao tốc hoặc các dàn khoan dầu,” Jonkers nói.

Với phát minh nói trên, Jonkers đã được trao Giải thưởng Nhà phát minh châu Âu năm 2015 (European Inventor Award 2015).

Loại vi khuẩn làm ra đá vôi được Jonkers lựa chọn tên Bacillus pseudofirmus hoặc Sporosarcina pasteurii, chúng sống trong các hồ nước có độ kiềm cao ở gần các núi lửa đang hoạt động, như vùng Wadi Natrun ở Ai Cập. Loại vi khuẩn này chịu được nóng và lạnh, và có thể sống tới 200 năm mà không cần ô-xi và thức ăn. Khi gặp nước, chúng sẽ tỉnh dậy và hoạt động, sử dụng sữa calcium làm nguồn thức ăn, và tiết ra chất đá vôi, là chất sẽ tự lấp kín vết nứt.

Hendrik Jonkers gọi loại vật liệu hàn vết nứt này là bê-tông vi khuẩn (bioconcrete).

Để giữ cho vi khuẩn này ngủ đông cho tới lúc cần đến chúng, Jonkers chứa vi khuẩn vào trong các bao nang nhỏ, loại có thể phân hủy sinh học, bên trong chứa chất dinh dưỡng cho vi khuẩn. Trộn dung dịch chứa các bao nang đó vào dung dịch xi măng đổ bê-tông, khi kết cấu bê-tông xuất hiện vết nứt, nước mưa chảy vào vết nứt làm cho bao nang phân hủy, vi khuẩn gặp nước sẽ tỉnh dậy, bắt đầu sản xuất ra đá vôi và lấp kín vết nứt trong thời gian không quá ba tuần.

Cũng có thể bơm dung dịch chứa loại vi khuẩn này vào vết nứt trên kết cấu bê-tông sẵn có để chúng tự gắn kín vết nứt.
Loại vi khuẩn này có thể hàn kín các vết nứt có độ dài bất kỳ, nhưng chiều rộng của vết nứt không được quá 0,8 mm, nếu quá rộng thì tác dụng hàn gắn sẽ kém.

Jonkers dự định năm nay sẽ sản xuất loại dung dịch hàn gắn nói trên và năm 2016 sẽ sản xuất loại bê-tông tự hàn.
Vấn đề là bê-tông tự hàn có giá cao gấp đôi bê-tông thường, mà theo Jonker, chủ yếu do giá sữa calcium rất cao; nếu có thể làm cho vi khuẩn chịu ăn các dưỡng chất điều chế từ đường thì giá bê-tông sẽ giảm ngoạn mục.