ТюмГУ против вечной мерзлоты — их секретное оружие: крабы, роботы и мох

Крабы и креветки: раньше их ели, теперь из них строят. Учёные ТюмГУ придумали, как превратить панцири в стройматериал для Арктики — дома собирают роботы, утепляются они мхом, а снос здания будет удобрением для тундры.

Пока Bethesda предлагает нам снова прогуляться по порталам в ремастере Обливиона, Тюмень возрождает Морровинд — с крабами и хитином (для тех, кто не в теме: в игре тёмные эльфы строили дома из гигантских крабов и делали оружие с доспехами из хитина).

Так вот, учёные ТюмГУ предлагают строить дома для Арктики из хитозана — материала, который добывают из тех самых панцирей.

Как же это работает, и чем не угодил обычный бетон?

Не место для обычных домов

Соорудить дом на Севере — это вам не в Подмосковье дачку построить. Тут даже бетон сдаёт позиции: трескается на морозе, требует огромных денег на доставку, а после демонтажа оставляет после себя всякие отходы.

А ещё ведь нужно привезти стройматериалы в посёлок, куда добраться можно только вертолётом или по зимнику. Цена такого дома взлетает до космических высот.

Но главный момент — экология. Арктика не прощает ошибок: разливы нефти, пластик, химические отходы… Тут каждый материал должен быть не просто прочным, а «чистым» до последней молекулы.

И хитозан идеально вписывается в эту картину.

Что такое хитозан и откуда он берётся

Итак, представьте, что вы краб.

Ваш панцирь — это крутой биодоспех, которая защищает от хищников и при этом весьма лёгок. Но после того, как вы стали обедом для человека, ваша броня отправляется… прямиком в утиль.

А что, если вместо свалки ей найти применение?

Всё начинается на рыбзаводах. Когда креветок или крабов чистят для продажи, тонны панцирей, ног и усиков летят в отходы. Раньше их просто закапывали или сжигали, но теперь используют как источник стройматериалов.

Кстати, хитин есть не только в морепродуктах — его добывают даже из грибов и насекомых. Но панцири морепродуктов пока в тренде: их много, и они практически бесплатны.

Однако панцири — это ещё не чистый хитин. В них есть минералы (вроде карбоната кальция) и белки. Чтобы их удалить, сырьё замачивают в соляной кислоте (HCl). После этой ванны остаётся почти чистый хитин.

Затем его кипятят в растворе едкого натра (NaOH) при температуре до 150°C. В процессе от молекулы хитина «отрываются» ацетильные группы — и в итоге получается хитозан.

Наши исследования показали, что при воздействии экстремально низких температур кристаллическая структура и реакционные способности хитозана не меняются. Кроме того, возможна его стопроцентная утилизация за короткое время биобезопасным способом, без выбросов в атмосферу и почву опасных и агрессивных продуктов. Это полностью соответствует требованиям, предъявляемым к строительным материалам для использования в Арктике.

После всех реакций массу промывают, сушат и перемалывают в порошок. Теперь это не вонючие отходы, а белый или кремовый порошок, который можно смешать с полимерами для 3D-печати, спрессовать в кирпичи или превратить в плёнку для сэндвич-панелей — что и предлагают учёные.

Эко-блоки

В ТюмГУ предлагают изготавливать полые блоки размером до 900×600×350 мм, которые можно штабелировать, как детский конструктор. Внутрь закладывают опилки, щепу или натуральный мох, который обработан хитозаном, — для утепления и «звукопоглощения» (меньше эха, больше уюта).

Эти блоки можно изготавливать на материке, а затем доставлять обычным транспортом. Собирать такие стены смогут даже роботы — на постройку будет уходить всего несколько дней.

3D-печать

Полимерная суспензия на основе хитозана может применяться в 3D-строительных принтерах прямо на стройплощадке. Принцип тот же, что и при печати из бетонных смесей, но хитозан не требует экстремального нагрева, да и пластик здесь не используется.

Так можно быстро строить жилища самых разных форм на самом разном ландшафте, а строительные леса и опалубка вообще не нужны.

Сэндвич-панели

Тут хитин работает в дуэте с природным мхом, получается эдакий термос: хитозановая обшивка + природный мох внутри + хитозан сверху.

В Югре, где моха навалом, такие панели можно собирать прямо на месте, а потом ставить дома, бани и вахтовки. Всё это легко монтируется, к тому же, не боится сезонных переездов.

Технология сэндвич-панелей может быть эффективно использована в городах Югры, располагающих как рабочей силой, так и ресурсами мха, и при этом испытывающих жилищный голод.

Это важно особенно для коренных народов и вахтовиков, которым надоело ютиться в балках 70-х годов постройки.

Всё идеально?

Конечно, хочется верить, что хитозан — это панацея для Арктики. Но давайте начистоту: даже у самой крутой идеи есть подводные камни (или крабовые клешни).

Во-первых, сырьё. Хитозан делают из отходов, но что если спрос на него взлетит до небес? Сейчас крабов и креветок не убивают ради строительства, ведь их панцири и так выбрасывают тоннами.

Но если весь мир захочет строить из хитина, придется либо увеличивать уловы ракообразных (что грозит экосистемам), либо искать альтернативы. Впрочем, всегда можно присмотреться к грибам и насекомым.

Другая загвоздка — производство. Чтобы превратить панцирь в стройматериал, его обрабатывают кислотами и щелочами. Да, растворы используют повторно, но химия есть химия: не станет ли завод по производству хитозана новым источником загрязнения?

Пока данных мало, а значит, есть риск, что зелёная технология окажется не такой уж «зелёной».

А что насчет долговечности? Хитозан биоразлагаем — это плюс для утилизации, но что если дом начнет распадаться раньше срока? Учёные уверяют, что материал стабилен десятилетиями, но долгосрочных испытаний в условиях арктических штормов и перепадов температур ещё нет. Вдруг через 20 лет стены потекут, как мороженое на солнце?

Цена — отдельная история. Сейчас технологию только начинают разрабатывать, а значит, первые модули могут стоить как квартира в Москве. Роботы-сборщики, 3D-принтеры, доставка на край света — всё это пока дороже, чем традиционные методы.

Как говорится: «Сначала ты работаешь на технологию, потом технология работает на тебя». Пока мы на первом этапе.

Так что да, минусы есть. Но разве это повод не пытаться? Когда-то и пластик считали ненадёжным, а теперь из него делают даже космические корабли.

Арктика меняется, и ей нужны новые решения — лёгкие, умные и дружелюбные к природе.

Поэтому вот вам следующий квест: найти ближайший крабзавод, собрать десять панцирей и… хотя нет, лучше оставьте это учёным, они разберутся.