Beton sanayisi, dünya çapında insan kaynaklı karbondioksidin neredeyse yüzde beşini üretiyor. Üstelik, binaların yıkımından çıkan atıklar da çevreye bir o kadar zararlı. Bu sorunun çözümü, biyolojiden esinlenen yeni yapı malzemelerinde olabilir.
Cambridge Üniversitesi Mühendislik Bölümü'nden biyomühendis Dr. Michelle Oyen "İnsanın yaptığı birçok şey artırımcıdır" diyor ve ekliyor "Artırımcı yaklaşımlar 'karbon salımımızı azaltmamız için daha verimli enerji santralleri yapmamız gerekiyor' der. Oysa ben 'Mevcut düşünce yapısını olduğu gibi çöpe atalım ve tamamen farklı, yepyeni bir şeyler yapalım' diyorum. Büyük sorunları çözmek istiyorsanız, bazen cesur çözümler üretmeniz gerekir."
KEMİK VE YUMURTA KABUĞU
Dr. Oyen, düşük karbonlu yapı malzemeleri olarak kullanılabilecek yapay kemik ve yumurta kabuğu üzerine yaptığı araştırmayı anlatıyor. Çalışmalarına duyulan ilgi bu yılın başlarında Cambridge Bilim Festivali'ne konuşmacı olarak katılmasından bu yana oldukça artmış. "Festivale katıldıktan sonraki altı ay inanılmazdı" diyor, "konuya o kadar büyük ilgi gösterildi ki; çok sayıda röportaj verdim ve hakkımda çokça haber yapıldı."
Bu, inşaat sektörünün ilgisini çekmesi muhtemel bir proje. Beton imalatı büyük miktarda enerji gerektirir ve gaz salımına neden olur. Ayrıca, atık olarak bertaraf edilmesinin çevreye etkisi de yüksektir.
İki yıl önce Dr. Oyen, Boston'da Almanya çevre bakanının katıldığı bir saha gezisini de kapsayan bir materyal araştırma topluluğu etkinliğine katılmış. Çelik ve betonun sebep olduğu büyük karbon ayak izinden bahsedilmesi Dr. Oyen'e araştırmasının odağını değiştirmesi için ilham vermiş ve üretiminde bu denli büyük miktarlarda enerji gerektirmeyen alternatif, doğal ve biyolojiden esinlenmiş materyalleri araştırmaya başlamış.
BALE VE BİYOMÜHENDİSLİK
Dr. Oyen'in bilim yolculuğu, daha geleneksel materyaller üzerinde çalıştığı, malzeme bilimi ve mühendisliği öğrenciliği günlerinde başlamış. Araştırma tercihlerinin arkasındaki kişisel sebeplerden esprili bir şekilde bahsediyor. "İlk gençlik yıllarımdan beri, bale yaparken hep eklemlerimle ilgili sorunlar yaşadım. Sonunda ayaklarımda baskıdan kaynaklanan bazı çatlaklar oluştu; uzun süre artrit sıkıntısı çektim. Üniversitenin son sınıfında tıbbi problemleri çözmek için mühendisliği kullanmanın mümkün olduğunu fark ettim. Biraz bencil bir şekilde, kendi dizlerimi ve ayaklarımı tedavi edebileceğimi düşündüm, ve böylece konuya ilgi duymaya başladım!"
Doktora yapmaya zaten kararlıymış ve bunun için burs da kazanmış, ancak araştırma odağını değiştirerek geleneksel mühendislikten biyomühendisliğe kaydırmayı başarmış.
Doktorasını kemik üzerine yapmış. "Yapay kemik malzemesi üzerine yaptığım ilk çalışmalar da bunun bir parçasıydı. Beni gerçekten heyecanlandıran bir alandı" diyor. Dr. Oyen Cambridge'de göreve başladığında, kendi çalışma grubunu ve araştırmasını ekibini oluşturmuş. "Doktoramın bitmesiyle işe başlamam arasındaki dönemde yapay kemiğin yalnızca tıbbi uygulamalar için ilgi uyandırıcı bir konu olmadığını fark etmeye başladım. Kemik gerçekten de iyi bir yapı malzemesiydi." Dr. Oyen'nin bu konuda ön bilgi sahibi olması bir yana, doktora danışmanı da biyomühendislik doktorası yapmış bir diş hekimiydi. "Doktoram için çalışırken, dişlerin bağlandığı çene kemiğini inceliyorduk. Yapay kemik veya yapay kemik benzeri malzemelerle ilk defa o zaman çalıştım ve ardından bu konu benim için gerçek bir ilgi odağı haline geldi."
KENDİ KENDİNİ ONARIYOR
Şu anda kemik benzeri bir malzeme ve yumurta kabuğu benzeri bir malzeme üzerine çalışıyorlar. Bunların ikisi de, farklı oranlarda da olsa, mineraller ve proteinlerden oluşan malzemeler.
Yapay kemiğin mineral ve protein oranlarının neredeyse eşit olmasının sayesinde, bu malzemenin üretiminde daha başarılı oldular. Kemiğin sertliği ve tokluğu mineralden, sağlamlığı ise proteinden gelir. Kemiğin kendini onarma özelliği, tasarım açısından onu ilgi çekici bir malzeme yapıyor.
Dr. Oyen, yumurta kabuğu benzeri malzemenin yüzde 95 mineral ile yüzde 5 proteinden oluştuğunu söylüyor. "Doğru kompozisyonda olmasına rağmen, henüz tam anlamıyla bütünleşmedi, yani geliştirme aşamasında olan bir proje olduğunu söyleyebiliriz." Doğal malzemeleri daha iyi tanımaları gerektiğini fark edince, yeni materyal sentezine daha az zaman ayırmışlar. "Son altı aydır yoğun biçimde doğal yumurta kabuklarını inceliyoruz."
Yumurtanın her gün karşılaştığımız bir şey olması, olağanüstü özelliklerinin kolayca gözden kaçabileceği anlamına geliyor. "Tavuklar hemen her gün yumurtlayabilir. Tavuğun vücudunda, yumuşak bir dokudan tamamen mineralize yumurta kabuğunun üretilmesi yaklaşık 18 saat içinde gerçekleşir. Bu, mekanik açıdan oldukça sağlam olduğunu bildiğimiz bir malzemenin doğal yollarla oluşturulması anlamına geliyor. Yumurtayı kırmak için tezgahın veya tavanın kenarına ne kadar sert vurmanız gerektiğini bir düşünün. Bu gerçekten müthiş bir madde!"
LABORATUVARDAN FABRİKAYA
Yapay kemik ve yumurta kabuğu yapılırken, mineral bileşenler doğrudan doğruya kolajen üzerinde "şekillendirilir". Bu işlem oda sıcaklığında gerçekleşir. Üretim için düşük enerji kullanımı esastır, daha da önemlisi, büyük ölçeklerde çalışmanın kolay olması gerekir. Laboratuvardaki sürece ait bazı fotoğrafları burada inceleyebilirsiniz.
Dr. Oyen, bu biyomimetik malzemelerin daha büyük ölçeklerde ve endüstriyel amaçlı kullanımı konusunda imalat mühendisliği grubundan bir meslektaşıyla görüşüyor. Dr. Oyen, "Laboratuar araştırması için hazırladığımız örnek miktarı oldukça küçük" diyor; "eğer bir şeyler inşa etmekten bahsediyorsak, bu miktarı devasa boyutlara çıkarmak zorundayız."