A infra-estrutura apóia e facilita nosso dia a dia - pense nas estradas pelas quais dirigimos, nas pontes e nos túneis que ajudam a transportar pessoas e cargas, nos edifícios de escritórios onde trabalhamos e nas barragens que fornecem a água que bebemos. Mas não é segredo que a infra-estrutura americana está envelhecendo e precisa desesperadamente de reabilitação.
Estruturas de concreto, em particular, sofrem sérios danos. Rachaduras são muito comuns devido a vários fenômenos químicos e físicos que ocorrem durante o uso diário. O concreto encolhe quando seca, o que pode causar rachaduras. Pode rachar quando há movimento por baixo ou graças a ciclos de congelamento / descongelamento ao longo das estações. Simplesmente colocar muito peso nele pode causar fraturas. Ainda pior, as barras de aço embutidas no concreto como reforço podem corroer ao longo do tempo.
Rachaduras minúsculas podem ser bastante prejudiciais, porque fornecem uma rota fácil para líquidos e gases - e as substâncias nocivas que podem conter. Por exemplo, microfissuras podem permitir que a água e o oxigênio se infiltrem e, então, corroer o aço, levando à falha estrutural. Mesmo uma pequena abertura na largura de um fio de cabelo pode permitir a entrada de água suficiente para prejudicar a integridade do concreto.
Mas a manutenção contínua e o trabalho de reparo são difíceis, porque geralmente exigem uma enorme quantidade de trabalho e investimento.
Então, desde 2013, venho tentando descobrir como essas rachaduras prejudiciais podem se curar sem intervenção humana. A ideia foi originalmente inspirada pela incrível capacidade do corpo humano de se curar de cortes, contusões e ossos quebrados. Uma pessoa toma em nutrientes que o corpo usa para produzir novos substitutos para curar tecidos danificados. Da mesma forma, podemos fornecer produtos necessários ao concreto para preencher as rachaduras quando o dano acontece?
Meus colegas da Universidade de Binghamton, Guangwen Zhou e David Davies, Ning Zhang, da Universidade Rutgers, e eu descobrimos um candidato incomum para ajudar a curar o concreto em si: um fungo chamado Trichoderma reesei .
Pesquisadores examinaram vários fungos à procura de um candidato que pudesse ajudar a preencher rachaduras no concreto. (Congrui Jin, CC BY-ND) Inicialmente, selecionamos cerca de 20 espécies diferentes de fungos para encontrar uma que pudesse suportar as duras condições do concreto. Alguns nos isolamos das raízes de plantas que cresceram em solos pobres em nutrientes, incluindo o New Jersey Pine Barrens e as Canadian Rocky Mountains em Alberta.
Descobrimos que, como o hidróxido de cálcio do concreto dissolvido na água, o pH do nosso meio de crescimento fúngico aumentou de um valor original próximo de neutro de 6, 5 até um 13.0 muito alcalino. De todos os fungos que testamos, apenas T. reesei poderia sobreviver a esse ambiente. Apesar do drástico aumento de pH, seus esporos germinaram em micélios filamentosos de hifas e cresceram igualmente bem com ou sem concreto.
Uma vez que os esporos (esquerda) germinam com a adição de água, eles crescem em micélio hiforme filiforme (direita). (Congrui Jin, CC BY-ND) Propomos a inclusão de esporos de fungos, juntamente com nutrientes, durante o processo inicial de mistura, quando construímos uma nova estrutura de concreto. Quando a inevitável rachadura ocorre e a água encontra seu caminho, os esporos fúngicos dormentes germinam.
À medida que crescem, funcionam como um catalisador nas condições ricas em cálcio do concreto para promover a precipitação de cristais de carbonato de cálcio. Esses depósitos minerais podem preencher as rachaduras. Quando as rachaduras estão completamente calafetadas e não pode mais entrar água, os fungos voltarão a formar esporos. Se as rachaduras se formarem novamente e as condições ambientais se tornarem favoráveis, os esporos podem acordar e repetir o processo.
T. reesei é ecologicamente correto e não patogênico, não apresentando risco conhecido à saúde humana. Apesar de sua presença generalizada em solos tropicais, não há relatos de efeitos adversos em plantas ou animais aquáticos ou terrestres. De fato, T. reesei tem uma longa história de uso seguro na produção em escala industrial de enzimas carbohidrases, como a celulase, que desempenha um papel importante nos processos de fermentação durante a produção de vinho. É claro que os pesquisadores precisarão realizar uma avaliação minuciosa para investigar possíveis efeitos imediatos e de longo prazo no meio ambiente e na saúde humana antes de seu uso como agente de cura na infraestrutura concreta.
As futuras receitas de cimento podem incluir fungos. (Midtown Crossing no Turner Park, CC BY) Nós ainda não entendemos completamente essa técnica de reparo biológico muito jovem, mas promissora. O concreto é um ambiente hostil para o fungo: valores de pH muito altos, tamanho de poro relativamente pequeno, déficit severo de umidade, altas temperaturas no verão e baixas temperaturas no inverno, disponibilidade limitada de nutrientes e possível exposição aos raios ultravioletas da luz solar. Todos esses fatores influenciam drasticamente as atividades metabólicas dos fungos e os tornam vulneráveis à morte.
Nossa pesquisa ainda está em fase inicial e ainda há um longo caminho a percorrer para tornar a auto-cura concreta prática e econômica. Mas o escopo dos desafios da infraestrutura americana faz com que explorar soluções criativas como esta valha a pena.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Congrui Jin, professor assistente de engenharia mecânica, Universidade Binghamton, Universidade Estadual de Nova York
