По данным EU Science Hub, более частые экстремальные погодные явления будут наносить все больший ущерб инфраструктуре. Потери при этом к 2030 году составят 20 млрд евро в год, по последним оценкам. Эти угрозы заставляют обратить внимание ученых на необходимость новых ответов на проблему стабилизации почвы. Ученые Лаборатории механики почвы (LMS) EPFL разработали ряд решений, одно из них использует ферментный метаболизм. В статье, опубликованной сегодня в Scientific Reports, команда ученых демонстрирует, как можно улучшить химические реакции, используя аккумуляторную систему для подачи электрического тока.
Новый тип биоцемента, производимый на месте и при температуре окружающей среды, недавно был предложен в качестве многообещающего метода стабилизации различных типов почв. Этот метод использует метаболизм бактерий для производства кристаллов кальцита, которые прочно связывают частицы почвы вместе. Такой биогеохимический процесс является энергоэффективным и рентабельным, поэтому его можно быстро развернуть в ближайшие годы. Но, поскольку для работы метода грунт необходимо пропитать, он менее подходит для глинистых грунтов с низкой водопроницаемостью. Поэтому команда LMS разработала и успешно протестировала жизнеспособную альтернативу, которая включает применение электрического тока с помощью утопленных электродов.
«Наши результаты показывают, что эта геоэлектрохимическая система действительно влияет на ключевые стадии процесса кальцификации, особенно на образование и рост кристаллов, которые связывают почву вместе и улучшают ее „поведение“», — объясняет Димитриос Терзис, ученый из LMS и один из авторов статьи.
Биоцемент образуется в результате внесения в почву химических веществ. К ним относятся растворенные ионы карбоната и кальция, которые несут противоположные заряды. Затонувшие аноды и катоды используются для создания электрического поля, почти так же, как гигантская батарея. Ток вынуждает ионы перемещаться через среду с низкой проницаемостью, где они встречаются, перемешиваются и, в конечном итоге, взаимодействуют с частицами почвы. Результатом является рост карбонатных минералов, которые действуют как звенья или «мосты», улучшающие механические характеристики и сопротивление почвы.
В прошлом почвы рассматривались исключительно как смесь твердой земли, воздуха и воды. По словам соавторов исследования, их работа подчеркивает, как междисциплинарные подходы — а именно использование концепций биологии и электрохимии и использование достижений и механизмов из других научных областей — могут открыть принести значительную выгоду и решить насущные проблемы.
Читать также
В черных дырах могут быть вселенные. Рассказываем о новом открытии
На 3 день болезни большинство больных COVID-19 теряют обоняние и часто страдают насморком