II. Dünya Savaşı sırasında, İngiliz Kraliyet Donanması, uçak gemisi inşa etmek amacıyla ahşap lifleriyle güçlendirilmiş buz kullanma fikrini denemişti. Bu kompozit malzeme, 'Pykrete' olarak biliniyordu ve donuk kaldığı sürece beton kadar güçlü olduğu düşünülüyordu. Ancak artan maliyetler ve daha iyi seçeneklerin ortaya çıkmasıyla bu proje rafa kaldırıldı.
Şimdi ise Kudüs'teki İbrani Üniversitesi'nden araştırmacılar, bu 1940'lar fikrini bir adım öteye taşıyarak 'BioPykrete' adını verdikleri yeni bir malzeme geliştirdiler. Bu yeni malzemeye bitki bazlı kristaller ve özel bir protein eklenerek, normal buzdan 10 kat daha güçlü ve kırılmadan önce 70 kat daha fazla enerji emebilen bir yapı elde edildi.
Yeni malzemenin incelendiği çalışma, bilimsel bir yayında yer aldı. Araştırmacılar, bu malzemenin gelecekte inşaat sektörü için bir yapı malzemesi olarak kullanılabileceğini umuyor.
Araştırmacılardan biyokimyacı Ido Braslavsky, "Sadece lifleri buza karıştırmanın ötesine geçerek, farklı malzemelerin moleküler düzeyde nasıl bağlandığını kontrol etmek istedik. Sonuç, buzun sadece ne kadar güçlü olduğunu değil, aynı zamanda nasıl kırıldığını da değiştiriyor. Aniden parçalanmak yerine, çok daha fazla enerjiyi emip kademeli olarak deforme olabiliyor" açıklamasında bulundu.
Bu sefer hedef, uçak gemileri değil; uzak ve soğuk bölgelerde, örneğin Arktik ve Antarktika gibi konvansiyonel inşaat yöntemlerinin uygulanmasının zor olduğu yerlerdeki projeler. Beton veya çelik gerektirmeyen, ana bileşenleri buz ve bitki bazlı selüloz olan bu malzeme, düşük karbon ayak izine sahip ve biyolojik olarak parçalanabilen bir yapı malzemesi potansiyeli taşıyor.
Araştırmacılar, yayınladıkları makalede, "İnşaat endüstrisi küresel ekonominin temel taşlarından biri olsa da, önemli karbon emisyonlarına ve devasa kaynak tükenmesine neden olan en önemli çevresel kirleticilerden biri olmaya devam ediyor. Biyoteknoloji, yeni ve sürdürülebilir biyomalzemeler geliştirerek bu etkiyi azaltmak için dönüştürücü bir yol sunuyor" ifadelerini kullandılar.
Ancak BioPykrete'in inşaat malzemesi olarak kullanılmasına henüz zaman var. Bu çalışma, küçük ölçekli bir konsept kanıtı testiydi ve BioPykrete'in uzun vadede ve değişen koşullar altında nasıl performans göstereceğini anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulacak.
Araştırmacılar, ahşap liflerinin daha büyük ve düzensiz lifleri yerine selüloz nano-kristallerini kullandılar. Bitkilerdeki ana yapısal malzeme olan selüloz, nano-kristal formunda, çatlakların kolayca yayılmasını engelleyerek buz gibi diğer malzemeler için mikroskobik bir güçlendirici görevi görebiliyor. Kullanılan protein ise 'CBM3a-AFPIII' adında, bir antifriz proteini (AFP) ve bir karbonhidrat bağlayıcı modülün (CBM) birleşimiydi. Bu proteinin, selüloz nano-kristalleri ile buzu birbirine bağlayan bir yapıştırıcı gibi davranması amaçlandı.
Araştırmacılar, malzemelerini ve yöntemlerini değiştirerek 'süper buzlarını' daha da geliştirebileceklerini düşünüyorlar. Malzemenin dayanıklılığının daha fazla test edilmesinin yanı sıra, çatlakların BioPykrete içinde nasıl ilerlediği de incelenerek, altında yatan güçlendirme mekanizmalarının doğruluğu teyit edilecek.
Bu yaklaşım, gelecekte ambalajlama, inşaat ve daha birçok alanda kullanılan malzemeler için yeni bir ufuk açabilir: Özel bir protein kullanarak buz ve selüloz gibi iki beklenmedik bileşeni bir araya getirmek.
Araştırmacılar, "Rekombinant protein tasarımı ile yapısal mühendislik arasındaki boşluğu doldurarak, dünyanın en zorlu ortamlarının gereklilikleri için özel olarak tasarlanmış yüksek performanslı bir malzeme geliştirdik" diye yazıyorlar.
