德國科學家成功地將尿液轉化為生物混凝土，這是一個旨在通過從廢物中制造建筑材料來徹底改變可持續建筑的項目的一部分。
由斯圖加特大學輕量級結構和概念設計研究所（ILEK）所長Lucio Blandini領導的研究小組利用微生物生物礦化，這是一種生物技術過程，細菌將尿液中的尿素轉化為碳酸鈣晶體。
這些具有光滑表面的徑向條紋的大圓形晶體將沙粒結合在一起，從而形成一種堅固且環保的生物混凝土，其化學性質與天然砂巖相似。
該項目名為“SimBioZe”，研究人員認識到尿液是一種豐富但未充分利用的資源，這促使他們探索微生物生物礦化作為傳統混凝土生產的可持續替代方案。
在巴登-符騰堡州科學、研究和藝術部的支持下，初步的可行性研究成功地證明了將尿液轉化為環保生物混凝土的可行性。
綠色建材
雖然混凝土仍然是全球使用最廣泛的建筑材料，每年生產約40億噸，但其高昂的環境價格促使建筑行業尋求更可持續的替代品。
生產水泥是它的關鍵成分，需要將石灰石加熱到大約2642華氏度（1450攝氏度）的溫度，這需要消耗大量的能源，并釋放大量的溫室氣體。
為了應對這一環境挑戰，研究團隊開發了生物混凝土作為一種有前途的替代品，通過一種創新的方法，將其整合到“廢水-生物混凝土-肥料”價值鏈中，將一種常見的廢物同時轉化為有價值的建筑材料和肥料。
ILEK的研究助理Maiia Smirnova理學碩士解釋說，生物混凝土是通過生物礦化生產的，生物礦化是生物體通過化學反應產生無機材料的過程。
她繼續說道：“我們將一種含有細菌的粉末與沙子混合，將混合物放入模具中，然后在一個自動過程中用富含鈣的尿液沖洗三天。”“細菌分解尿素，再加上向尿液中添加鈣，導致碳酸鈣晶體生長。”
這個過程將沙子混合物固化成生物混凝土，最終生產出一種化學性質與天然鈣質砂巖相似的固體。她補充說：“根據模具的不同，可以制作出各種形狀和大小的元素，目前最大深度為15厘米。”
試驗成果顯著
根據研究人員的說法，當使用技術級尿素時，生物混凝土的抗壓強度超過了50兆帕（MPa），使其比以前可用的生物礦化材料強得多。
同時，人造尿液測試產生的強度為20兆帕，而真正的人類尿液產生的強度約為5兆帕，因為在處理過程中細菌活性下降。研究人員的目標是進一步提高這種強度，目標是達到30到40兆帕的強度，足以用于三層樓高的建筑物。
Blandini在一份新聞稿中總結道：“與傳統水泥生產相比，我們的生物混凝土生產過程消耗的能源和排放要少得多。”“但我們的方法也是可持續的，因為我們將產品嵌入了一個循環價值鏈。”
該團隊目前正在評估生物混凝土在凍融條件下的彈性，確定其戶外應用的適用性。該項目的第二階段，最近獲得了額外三年的資金，將專注于優化細菌活性和進一步改進生產過程。
此外，為了測試其在現實世界中的適用性，科學家們計劃在斯圖加特機場建造一個試驗設施。該設施將處理從高密度公共區域收集的尿液，將其轉化為生物混凝土，同時提取有價值的肥料。通過創造循環經濟，回收營養物質并最大限度地減少浪費，該項目是可持續城市基礎設施的典范。
這項研究發表在《npj材料可持續性》雜志上。
