Νέος «σούπερ πάγος» είναι 10 φορές ισχυρότερος, πλησιάζοντας σε ισχύ το σκυρόδεμα

Το υλικό, που ονομάζεται BioPykrete, θα μπορούσε στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί σε κατασκευές σε απομακρυσμένες περιοχές με εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, όπως η Αρκτική και η Ανταρκτική, αναφέρει το Science Alert.

Μια ιδέα από το 1940

Η ιδέα βασίζεται σε ένα ασυνήθιστο πείραμα του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Τη δεκαετία του 1940, το βρετανικό Βασιλικό Ναυτικό εξέτασε το ενδεχόμενο κατασκευής ενός αεροπλανοφόρου από πάγο ενισχυμένο με πολτό ξύλου. Το σύνθετο υλικό, γνωστό ως Pykrete, θεωρούνταν εξίσου ανθεκτικό με το σκυρόδεμα, υπό την προϋπόθεση ότι παρέμενε παγωμένο.

Το σχεδιαζόμενο πλοίο θα ήταν ουσιαστικά ένα τεράστιο, ενισχυμένο παγόβουνο που θα χρησίμευε ως διάδρομος απογείωσης και προσγείωσης αεροσκαφών. Ωστόσο, το αυξανόμενο κόστος και η εμφάνιση καταλληλότερων εναλλακτικών λύσεων οδήγησαν τελικά στην εγκατάλειψη του προγράμματος.

Τα συστατικά του νέου υλικού

Οκτώ δεκαετίες αργότερα, οι επιστήμονες επανεξέτασαν την ίδια ιδέα, χρησιμοποιώντας σύγχρονες μεθόδους βιοτεχνολογίας. Η μελέτη τους δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.

Αντί για τις σχετικά μεγάλες και ακανόνιστα κατανεμημένες ίνες ξύλου του αρχικού Pykrete, χρησιμοποίησαν νανοκρυστάλλους κυτταρίνης. Η κυτταρίνη αποτελεί βασικό δομικό συστατικό των φυτών και, στη νανοκρυσταλλική μορφή της, μπορεί να λειτουργήσει ως μικροσκοπικός ενισχυτικός παράγοντας, εμποδίζοντας τις ρωγμές να εξαπλώνονται εύκολα μέσα στον πάγο.

Το δεύτερο βασικό συστατικό είναι μια ειδικά σχεδιασμένη πρωτεΐνη, η CBM3a-AFPIII, που συνδυάζει μια αντιψυκτική πρωτεΐνη (AFP) με μια μονάδα πρόσδεσης υδατανθράκων (CBM). Η πρωτεΐνη λειτουργεί σαν μοριακή κόλλα, διατηρώντας συνδεδεμένους τους νανοκρυστάλλους κυτταρίνης με τον πάγο.

«Θέλαμε να προχωρήσουμε πέρα από την απλή ανάμειξη ινών με πάγο και να ελέγξουμε τον τρόπο με τον οποίο τα διαφορετικά υλικά συνδέονται σε μοριακό επίπεδο», εξηγεί ο βιοχημικός Ίντο Μπρασλάβσκι, από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ.

Όπως επισημαίνει, το αποτέλεσμα αλλάζει όχι μόνο την αντοχή του πάγου αλλά και τον τρόπο με τον οποίο φθείρεται. Αντί να σπάει απότομα, το νέο υλικό μπορεί να απορροφά πολύ περισσότερη ενέργεια και να παραμορφώνεται σταδιακά.

Κατασκευές σε πολικές περιοχές

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι το BioPykrete θα μπορούσε να αποτελέσει ένα δομικό υλικό χαμηλού ανθρακικού αποτυπώματος, καθώς τα βασικά συστατικά του είναι ο πάγος και η φυτικής προέλευσης κυτταρίνη, χωρίς να απαιτείται σκυρόδεμα ή χάλυβας. Επιπλέον, θα μπορούσε να είναι βιοδιασπώμενο.

«Ενώ ο κατασκευαστικός κλάδος αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο της παγκόσμιας οικονομίας, παραμένει ένας από τους σημαντικότερους περιβαλλοντικούς ρυπαντές, υπεύθυνος για σημαντικές εκπομπές άνθρακα και μαζική εξάντληση των πόρων», γράφουν στη μελέτη. «Η βιοτεχνολογία μπορεί να συμβάλει στον περιορισμό αυτών των επιπτώσεων μέσω της ανάπτυξης καινοτόμων, βιώσιμων βιοϋλικών.

Ωστόσο, η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε μικρή κλίμακα και απαιτούνται περαιτέρω μελέτες για τη μακροχρόνια ανθεκτικότητα του BioPykrete, ιδιαίτερα υπό μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Μακροπρόθεσμα, η τεχνολογία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί όχι μόνο στις κατασκευές αλλά και στην παραγωγή νέων υλικών συσκευασίας, ανοίγοντας τον δρόμο για εφαρμογές που συνδυάζουν τη μοριακή βιοτεχνολογία με τη μηχανική των υλικών.