تبدأ هندسة التربة عادةً بشاحنة محمّلة بالإسمنت. لكن فريقًا بحثيًا سويسريًا طرح سؤالًا مختلفًا: ماذا لو استطاعت التربة أن تتماسك بنفسها؟ في مشروع CEBREWA تنتج الكائنات الدقيقة المحقونة في الأرض كربونات الكالسيوم لمجرد أنها تعيش، وتنمو بلورات الحجر الجيري بين الحبيبات حتى تتماسك التربة المفككة كأنها صخرة ضعيفة. استغرقت الفكرة ثمانية عشر شهرًا لتنتقل من مسام واحد إلى منحدر كامل الحجم، وفي النهاية يمكنك أن تختبر إلى أي مدى تستطيع أن توصل فكرة من أفكارك.
تبدأ كل أعمال البناء الكبيرة تقريبًا بمشكلة لا تظهر على المخططات: التربة تحتها ليست قوية بما يكفي. المدن تواصل النمو وتحتاج إلى بنية تحتية جديدة لمن ينتقلون إليها. وما هو قائم بالفعل يتقادم. أما الباقي فتتكفل به الزلازل والتعرية والانهيارات الأرضية، ويُتوقع أن يرفع الطقس المتطرف كلفة إصلاح الطرق والسكك الحديدية والسدود الترابية والخزانات والسدود.
لذلك لا بد أن يقنع أحدٌ التربة الضعيفة بأن تتصرف كشيء أكثر صلابة. وهذا فرع كامل من الهندسة، ويزداد العمل فيه كل عام.
الجواب المعتاد هو مادة رابطة: الرماد المتطاير أو الجير أو الإسمنت الذي يُضخ في الأرض. وهي مادة فعّالة، وقد أثبتت فعاليتها منذ عقود. لكن لها ثمنًا. فإدخال مادة رابطة في التربة يتطلب طاقة كبيرة في الموقع، لأن المادة يجب دفعها تحت الضغط. وما ينزل لا يعود إلى الأعلى، فالمواد الرابطة التقليدية قد تُحدث ضررًا لا رجعة فيه للمياه الجوفية وللنظم البيئية التي تعيش تحت السطح.
انطلق مشروع CEBREWA، الذي نُسّق في المعهد الاتحادي للتكنولوجيا في لوزان (EPFL) بسويسرا، من الطرف المعاكس. فبدلًا من جلب الإسمنت إلى التربة، يجلب إليها كائنات دقيقة. وأثناء عملية أيضها تنتج هذه الكائنات كربونات الكالسيوم، وتنمو بلورات الكالسيت في الفراغات بين الحبيبات حتى ترتبط الحبيبات بعضها ببعض. وهكذا تتماسك التربة بالمعدن نفسه الذي يتكوّن منه الحجر الجيري، وقد تكوّن تمامًا حيث تلزم الحاجة إليه.
«ما نفعله هو الاستفادة من تكوّن الكالسيت بوساطة بيولوجية، لتكوّن التربة روابطها المعدنية الخاصة بدلًا من الاعتماد على المواد الرابطة الصناعية التقليدية»، يقول ليس لالوي (Lyesse Laloui)، منسق المشروع ومدير مختبر ميكانيكا التربة في EPFL.
البكتيريا في دورق ليست تقنية بناء. وبين الاثنتين سلسلة طويلة من العمل، وقد قطع CEBREWA معظمها:
«قيّمنا التقنية من مقياس المسام إلى مقياس الميدان»، يقول لالوي. «واستخدمنا لذلك التصوير المتقدم والاختبارات المخبرية والنمذجة العددية».
استمر المشروع ثمانية عشر شهرًا، من 1 فبراير 2021 إلى 31 يوليو 2022، بمساهمة من الاتحاد الأوروبي قدرها 150000 يورو بموجب اتفاقية المنحة 963913. وفي هذه المدة توقفت عملية التسمنت الحيوي عن كونها غرابة مخبرية وصارت شيئًا يستطيع المهندس أن يحدده فعلًا في مواصفاته: فقد أنتج العمل أدوات تصميم ومراقبة لمكافحة التعرية وتحسين قدرة التحمل وتثبيت المنحدرات وتقوية الطرق.
ثمانية عشر شهرًا مدة قصيرة. وهي كافية لإظهار أن الفكرة تصمد خارج المبنى، وبعيدة جدًا عن أن تكفي لإنجازها.
لم يبدأ العلم في عام 2021. فقد سُجّلت براءات اختراع تقنيات التسمنت الحيوي في مشروع BIOGEOS (المنحة 788587)، وهو مشروع سابق موّله المجلس الأوروبي للبحوث؛ وكان CEBREWA الخطوة التي سألت هل يمكنها أصلًا أن تغادر الجامعة. «تُنقل التقنية بالفعل عبر براءات الاختراع والشركة الناشئة المنبثقة عن EPFL، Medusoil»، يقول لالوي.
ما يأتي بعد ذلك يبدو أقل إثارة بكثير من استنبات المعادن بالبكتيريا، وهو يتطلب جهدًا لا يقل عنه: الاعتماد الدولي (ISO وCE) والمعايير وإجراءات مراقبة الجودة. فلا يصبّ أي مقاول مادة مجهولة في منحدر يسند طريقًا. والاعتماد ليس أعمالًا ورقية تُلفّ حول التقنية، بل هو جزء منها.
يحتاج مشروع واحد كهذا إلى علم الأحياء الدقيقة والهندسة الجيوتقنية والكيمياء والنمذجة العددية في غرفة واحدة، إضافةً إلى من يستطيع الترجمة بينها. وهذه حجة جيدة ضد النظر إلى البرنامج الدراسي كأنه سياج.
أما الدرس الثاني فهو أقل وضوحًا. «طموحنا هو جعل تحسين التربة أقل انبعاثًا للكربون وأقل تدخلًا وأكثر توافقًا مع البيئة بدرجة كبيرة، دون المساس بالأداء الهندسي»، يقول لالوي، وفي النصف الثاني من هذه الجملة بالذات يكمن الجزء الصعب. فالنتيجة في المختبر والتقنية في السوق شيئان مختلفان، وكلاهما يحتاج إلى أشخاص.
استخدم CEBREWA الكائنات الدقيقة لتصنع التربة مادتها الرابطة المعدنية بنفسها بدلًا من أن تتلقى الإسمنت من خلاطة، وجرّب الفكرة من مقياس المسام حتى منحدر حقيقي. وفي ثمانية عشر شهرًا قدّم أدوات تصميم ومراقبة وسلّم التقنية إلى الشركة المنبثقة Medusoil، فيما لا يزال الاعتماد والتوحيد القياسي أمامها. المثير للاهتمام ليس البكتيريا. بل إن عملية تديرها الطبيعة منذ ملايين السنين تبيّن أنها صالحة للاستخدام في الهندسة المدنية، حين جلس عدد كافٍ من التخصصات إلى طاولة واحدة.
5 أسئلة · دقيقة واحدة
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文