自行修復的生物混凝土

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自行修復的生物混凝土

台夫特科技大學的Henk Jonkers教授研發的「生物混凝土」。（圖片來源：TU Delft/research）

混凝土可說是全世界最受歡迎的建築材料之一，自從兩千年前羅馬人用混凝土打造萬神殿，人類便不斷找尋讓這個材料更持久的方法。但不論怎樣混合和加強，所有混凝土到最後一定會裂開，甚至導致建築物的坍塌。

細菌幫助混凝土自我修復

如今荷蘭台夫特科技大學的Henk Jonkers教授想到一個全新的方法，他的團隊於去年發表了他們所發明的新型態的混凝土，名叫「生物混凝土」（Bioconcrete），這是一種利用細菌自我修復的混凝土材料。Jonkers教授本身是微生物學家，當初是因另一位混凝土科學家Eric Schlangen問他是否有可能利用細菌製造自我修復的混凝土而開啟這項計畫。從2006年開始，前面足足花了他三年的時間解開這個問題。

生物混凝土自我修復的過程，從左圖裂縫產生到右圖修復完成共約莫經過兩個月的時間，（圖片來源：syndebio.com）

這到底是怎麼辦到的呢？教授說他的混凝土與一般市面上的產品並無太大差別，只多了一項特別的成分－－「復原載體」（healing agent）。當混凝土在攪拌時，這些載體將被完整保存，唯有當混凝土裂開、水開始入滲時，他們才會分解並開始作用。

將大自然與建築材料結合

這計畫最大的障礙即是如何確保被放入混凝土的載體細菌能夠在險惡的環境中生存，桿菌（bacillus bacteria）雀屏入選擔負這項艱鉅的任務，這種細菌能夠在極鹼的環境生存，並且在沒有氧氣和食物的狀態下仍能存活數十年，能夠適應混凝土裡的環境。第二大挑戰是如何讓細菌製造適合混凝土的修復材料，也就是石灰石（limestone），這些桿菌需要合適的食物來源才能夠製造所需的石灰石，而他們選擇了乳酸鈣鹽（calcium lactate）。最終，他們將桿菌與乳酸鈣鹽放入可被生物分解的微型膠囊內，再加入混凝土的調配當中。當混凝土裂開時，滲入水分將會溶解膠囊使內的桿菌開始產生石灰石，這些填補縫隙並確保裡面加強鋼筋免於侵蝕。

約莫1990年代開始，思考建築與環境融合的「環境建築」（environmental architecture）開始受到建築界的重視，二十一世紀初主張從大自然結構與機制找尋靈感的「仿生建築」（Bionic architecture）開始發展。Jonkers教授相信他的混凝土將開啟「生物建築」（biological buildings）的新時代，他如此說到：「大自然免費提供我們許多機能，我們所做的就是將建築材料與大自然結合。」

目前該材料正在進行足尺實體試驗，這棟位於南荷蘭的樣本建築正在進行為期兩年的監控。相信未來這個更為持久、永續的建築材料將位建築產業開啟新的契機。

(荷事生非)