Ученые ДВФУ разработали технологию укрепления грунтов с помощью бактерий: как рассказали в вузе, метод биоцементации позволяет превращать рыхлый песок в прочное основание, пригодное для строительства дорог и промышленных объектов.
Разработкой занимаются сотрудники Института Мирового океана Дальневосточного федерального университета. Ее создают специально для арктической зоны, где из-за постоянных замерзаний и оттаиваний грунт регулярно деформируется, а дороги и трубопроводы требуют постоянного ремонта. Биоцемент может стать экологичной альтернативой традиционным материалам для строительства в условиях вечной мерзлоты.
Строительство в Арктике всегда было сложной задачей. Грунт постоянно меняет свои свойства из-за циклического замерзания и оттаивания, что приводит к деформации дорог, зданий и трубопроводов. Традиционные методы укрепления требуют завоза больших объёмов цемента или химических реагентов, что дорого и небезопасно для хрупкой природы Заполярья.
Учёные Института Мирового океана ДВФУ предложили иное решение. Они выделили из прибрежных почв бактерии, способные вырабатывать фермент, запускающий химическую реакцию. Когда эти микроорганизмы добавляют в грунт вместе с питательным раствором, они начинают вырабатывать карбонат кальция — тот же минерал, из которого состоят мел, известняк и ракушки. Крошечные кристаллы кальцита заполняют пустоты между песчинками и склеивают их, превращая рыхлую почву в каменную структуру.
Метод показал отличные результаты в лабораторных испытаниях: обработанные образцы грунта становились прочными и не размывались водой.
По словам Елены Богатыренко, кандидата биологических наук, заведующей Научно-исследовательской лабораторией морской микробиологии Института Мирового океана ДВФУ, ещё одно преимущество метода — его экологичность, разработка не наносит вреда природе.
«В отличие от химических реагентов и цемента, бактерии работают мягко и не загрязняют окружающую среду. Более того, сам процесс биоцементации участвует в связывании углекислого газа из атмосферы — точно так же, как это происходит в природе при формировании известняковых пород. Для хрупкой арктической экосистемы это критически важно: любое строительство в Заполярье должно быть максимально щадящим», — говорит Елена Богатыренко.
Кстати, сфера применения такого биоцемента не ограничивается дорогами. Его можно использовать при строительстве дамб в районах вечной мерзлоты, для укрепления склонов и предотвращения оползней.
Ещё одно перспективное направление — самовосстанавливающийся бетон. Если добавить бактерии в бетонную смесь, то при появлении трещин микроорганизмы «проснутся» и заделают повреждения, выделяя всё тот же кальцит. Это значительно продлевает срок службы зданий и сооружений в суровом арктическом климате. Также технология помогает бороться с пылью на угольных складах и отвалах: бактерии создают на поверхности прочную корку, которая не разрушается ветром и дождём.
Технология может пригодиться нефтегазовым компаниям для укрепления скважин и управления водными потоками. Ещё бактерии способны связывать тяжёлые металлы и радионуклиды, превращая их в нерастворимые минералы, — это открывает путь к очистке загрязнённых территорий.
Сейчас учёные завершили лабораторный этап и готовятся к полевым испытаниям. Они уже отобрали наиболее эффективные штаммы и проверили их работу на образцах, имитирующих арктический грунт. Следующий шаг — внедрение на реальных объектах вместе с промышленными партнёрами.
Предварительные расчёты показывают, что новая технология поможет снизить затраты на укрепление оснований и уменьшить объём завозимого грунта. Это сделает строительство в Арктике более экономичным и экологически ответственным, что крайне важно для сохранения уникальной природы региона.
Разработку ученые ведут в рамках стратегического проекта «Научно-производственные технологии Мирового океана, шельфа и Арктики» по программе «Приоритет-2030». ДВФУ проводит комплексные исследования для технологического обеспечения промышленного освоения арктических территорий. Научные коллективы работают над созданием автономных подводных аппаратов и морской робототехники, новых материалов и химических технологий для морской среды, геомониторингом многолетнемёрзлых грунтов, цифровым мониторингом шельфовой инфраструктуры, а также над совершенствованием морской логистики и транспортных систем.
Фото: ДВФУ
Lx: 4357