Dünya, küresel ısınma ve kirlilik gibi çeşitli çevresel sorunlarla boğuşuyor. Bu nedenle enerji tüketimi ve karbon emisyonu açısından son derece kritik olan binaların sürdürülebilirliği giderek önem kazanmaktadır. Son zamanlarda; doğadan ilham alan ve iklim değişikliğiyle mücadeleye yardımcı olabilecek biyomimetik malzemeler oluşturmak için biyoloji, polimerler ve çimento kimyasını birleştiren “canlı malzemeler” geliştirilmesi konusunda birçok araştırma yapılmaktadır.
Canlı yapı malzemeleri (CYM), mikroorganizmaların malzeme üretimine katıldığı biyolojik yapı malzemeleridir. Bu süreçte bakteriler veya diğer mikroplar; yaşayabilen, çoğalabilen, çatlakları iyileştirebilen, havadaki zararlı toksinleri emebilen yapı malzemelerini geliştiren mini fabrikalar gibi çalışmaktadır.
CYM kavramı, bazılarına bilim kurgu gibi gelebilir, ancak konsept oldukça gerçektir. CMY, ilk olarak 1990’larda Fransızlar tarafından tanıtılmıştır. Fransız araştırmacılar; mercan resiflerinin büyümesine, iyileşmesine ve sürekli genişlemesine benzer şekilde büyüyüp kendi kendini iyileştirebilecek şekilde betonu mineralize etmek için yöntemler araştırmıştır. Geleneksel betondan farklı olarak bir mercan resifi; sürekli olarak büyüyen, ölen ve biyo-mineralize olan organizmalara sahip canlı bir yapıdır. Böylece döngüyü tekrarlamak için yeni organizmalar için temel sağlamaktadır. 2400 km uzunluğunda ve 250 bin km2‘yi kaplayan Great Barrier Reef, açık ara en büyük canlı yapı malzemesidir. Mercan resifleri biyo-mineralleşebildiğinden ve böylesine muazzam bir yapı oluşturabildiğinden, Fransızlar bu süreci betonda uygulamaya çalışmıştır. Buradaki ana amaç CYM’nin geleneksel betonun yerini alması değil, betona uygulanarak çatlakların kendi kendini iyileştirmesini sağlamak ve bakım ve onarım maliyetlerini düşürmektir.
Halihazırda betonun biyo-mineralizasyonunda kullanılan iki temel CYM formu bulunmaktadır. Bunlar biyoçimento (BÇ) ve kendi kendini iyileştiren (onaran) betondur (KKİB). Geleneksel beton ve CYM arasında önemli farklılıklar olmakla birlikte benzerlikler de bulunmaktadır. Çevresel koşullara uyum sağlayamayan inorganik bir statik malzeme olan geleneksel betonun aksine, CYMcanlıdır ve 100 yıldan fazla sürebilen yaşam döngüleri boyunca büyüyebilir ve iyileşebilir. Agrega, su ve Portland çimentosundan oluşan geleneksel betonun aksine, CYMagrega ve belirli mikroorganizmaların su ile temas ettiğinde hızla büyümelerini ve çoğalmalarını sağlayan bir ortam sağlayan malzemeler içermektedir. Karbon ayak izi yüksek olan Portland çimentosu üretiminin aksine, CYM bünyesindeki mikroorganizmalar biyo-mineralizasyon işlemi sırasında karbondioksiti emer. Ancak geleneksel betonun kürlenmesi sırasında Portland çimentosunun mineralleşmesi gibi, CYM içindeki mikroorganizmalar kalsiyum karbonat ile biyo-mineralize olur ve kaya gibi sertleşir. Bir mercan resifindeki organizmalar gibi CYM’deki mikroorganizmalar büyür, ölür, biyo-mineralleşir ve döngüyü defalarca ama çok daha hızlı bir şekilde tekrarlar.
BÇ ve KKİB arasında da farklılıklar ve benzerlikler vardır. BÇ; kum, bakteri (veya yosun) ve çiftçilik/madencilik atıklarında bulunan kalsiyum, nitrojen ve fosfattan oluşan büyüme ortamı içermektedir. KKİB; agrega, bakteri ve hidrojel ortam içermektedir. BÇ, mikrobiyolojik olarak indüklenen kalsit çökelmesi veya MICP (Microbiologically induced calcite precipitation) olarak bilinen ve orijinal olarak Fransızlar tarafından biyo-mineralizasyon araştırmalarında kullanılan bir süreçle mineralleşirken; KKİB, İngilizler tarafından geliştirilen fotosentez yoluyla mineralleşir. BÇ, çeşitli çevre koşullarında mineralleşebilirken; KKİB hem sıcaklığa hem de neme karşı oldukça hassastır. Ancak hem BÇ hem de KKİB, canlı mikroorganizmalar ile süreçte karbondioksit tüketen kalsiyum karbonat arasındaki reaksiyonlar yoluyla biyo-mineralize olmaktadır.
Kendi kendini iyileştiren betonlar, volkanlar veya alkali göller gibi aşırı ortamlarda gelişen zararlı olmayan Sporoscarcina pasteurii ve Bacillus pseudofirmus gibi bakteriler içermektedir. Basilisk firması, bu sporları kullanarak KKİB üretmektedir. Bakteriler düzenli bir beton karışımına dahil edilmekte ve bu bakteriler betondaki çatlaklardan gelen suya maruz kaldıklarında kireçtaşı üretmektedir.
Biomason firmasının ürünü ise benzer olarak bakteriler içermekte, ancak malzemenin büyüme özellikleri için mercandan esinlenen bir biyomimetik süreç kullanılmaktadır. Biomason, tuğla kalıplara dökülen mikroorganizmaların enjekte edildiği kum kullanmaktadır. Bu bakteriler, her bir kum tanesini sarmakta ve beslendikleri besinler aracılığıyla bir kalsiyum karbonat kaplaması oluşturmaktadır. 72 saat içinde kalsiyum karbonat bağları güçlenmekte ve tuğlalar kaynaşmaktadır.
BÇ ve KKİB potansiyel avantajlarına rağmen, her ikisinin de yaygın olarak kullanılmamasının çeşitli nedenleri vardır. İlk olarak, bu CYM’ler geleneksel betondan çok daha pahalıdır ve kolayca bulunamamaktadır. İkincisi; yapılan çalışmalar sonucunda büyük ölçekli inşaatı desteklemek için bu CYM’lerin seri üretimine yönelik güvenilir prosedürler henüz geliştirilememiştir. Üçüncüsü ise bu CYM’lerin dizginlenemeyen büyümesini kontrol etmek için tutarlı yöntemler tam olarak geliştirilmemiştir.
İnş.Yük.Müh. olan Yasin Engin, lisans ve yüksek lisans eğitimini Boğaziçi Üniversitesi'nde tamamlamıştır. 16 yıldır beton ve çimento sektöründe çalışmaktadır. Web sitesindeki tüm yayınlar Yasin Engin tarafından paylaşım amacıyla hazırlanmıştır. Yayınlar kaynak gösterilerek kullanılabilmektedir.
(yasin.engin@gmail.com)
