นักวิทยาศาสตร์พัฒนาเทคโนโลยี "ทรายมีชีวิต" ช่วยลดความเร็วการซึมผ่านของน้ำในทรายทะเลทราย

แบคทีเรียที่สามารถหมุนเส้นใยเซลลูโลสจะสามารถรวมทรายทะเลทรายที่หลวมให้เป็นวัสดุที่แข็งแรงขึ้น ซึ่งวัสดุดังกล่าวมีความเร็วในการระบายน้ำที่ช้ากว่าทรายทั่วไป แม้ว่าการวิจัยในขณะนี้ยังอยู่ในขั้นตอนห้องปฏิบัติการ นักวิทยาศาสตร์จาก Khalifa University ในสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์, Empa ในสวิตเซอร์แลนด์ และ ETH Zurich ได้ทดสอบว่าเส้นใยจุลชีพสามารถเชื่อมต่อเม็ดทรายได้เหมือนกับระบบรากของพืช, เส้นใยเชื้อรา และสารหลั่งจากจุลชีพในดินหรือไม่ และเปลี่ยนแปลงวิธีการไหลของน้ำในนั้น

วิธีการผลิตทรายมีชีวิต

ทีมวิจัยใช้สองวิธีในการผลิต "ทรายมีชีวิต" วิธีแรกคือการเพาะเลี้ยงจุลชีพโดยตรงในทราย เพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า "ทรายมีชีวิต" ซึ่งในการทดสอบการระบายน้ำทำให้ความสามารถในการซึมผ่านลดลงประมาณหกเท่า วิธีที่สองคือการเพาะเลี้ยงเส้นใยเซลลูโลสในรูปแบบแผ่นแยกต่างหาก และนำไปแทรกระหว่างชั้นทราย ซึ่งทำให้ความสามารถในการซึมผ่านลดลงเหลือประมาณหนึ่งในยี่สิบแปดของทรายที่ไม่ได้รับการบำบัด ทีมวิจัยใช้แบคทีเรียที่สามารถผลิตเซลลูโลสได้คือ Komagataeibacter medellinensis และเชื้อราอีกสองชนิดคือ Schizophyllum commune โดยทรายที่ใช้มาจากเนินทรายในบริเวณ Al Ain ของสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ และทรายที่ได้มาตรฐานในห้องปฏิบัติการเพื่อทำการทดสอบความแข็งแรงบางอย่าง

พวกเขาได้ทำการฆ่าเชื้อทรายก่อนที่จะเพิ่มจุลชีพและสารละลายอาหาร ภาพจากกล้องจุลทรรศน์แสดงให้เห็นว่าเซลลูโลสเกาะติดอยู่ที่พื้นผิวของเม็ดทรายและเชื่อมต่อเม็ดทรายที่อยู่ข้างเคียง

Gustav Nyström หัวหน้าห้องปฏิบัติการวัสดุเซลลูโลสและไม้ที่ Empa กล่าวว่า ผลลัพธ์นี้ถือเป็น "วัสดุผสมธรรมชาติ" ตัวอย่างที่ผลิตจากแบคทีเรียมีความแข็งแรงมากกว่า ในระยะเวลาเจ็ดวัน เสาแซนด์ที่สูงประมาณ 6 เซนติเมตร (2.4 นิ้ว) สามารถถูกนำออกจากแม่พิมพ์ได้อย่างมั่นคงและถูกตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ ซึ่งชิ้นเล็กเหล่านี้ยังคงอยู่ในน้ำได้ครบถ้วน แม้ว่าตัวอย่างจากเชื้อราก็สามารถเชื่อมต่อเม็ดทรายได้ แต่จะมีความเปราะบางมากกว่า บางชิ้นอาจแตกเมื่อถูกนำออกจากแม่พิมพ์หรือผ่านการอบแห้งและตัด ขณะที่แผ่นเซลลูโลสทำหน้าที่คล้ายกับผ้าฝ้ายเสริมแรง สามารถกระจายแรงที่ถูกนำไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในการสาธิตที่มีการใช้แรงกด 10 กิโลกรัม (22 ปอนด์) แผ่นทรายที่ไม่ได้รับการบำบัดจะพังทลายมากกว่าแผ่นทรายที่ใช้แผ่นเซลลูโลส และแผ่นที่เพาะเลี้ยงเป็นเวลานานมักจะให้ตัวอย่างที่แข็งแรงกว่า โดยแผ่นเหล่านี้ยังช่วยลดความสามารถในการซึมผ่านของน้ำอย่างมีนัยสำคัญ

การใช้งานที่เป็นไปได้ของเส้นใยจุลชีพ

ทีมงานเชื่อว่าเส้นใยจุลชีพสามารถเป็นทางเลือกที่ย่อยสลายได้สำหรับวัสดุสังเคราะห์บางชนิดที่ใช้ในการเสถียรภาพดิน และการเชื่อมต่อเม็ดทรายที่แข็งแรงขึ้นอาจช่วยลดการพัดพาโดยลม การทดลองไม่ได้วัดการปล่อยฝุ่น Nyström กล่าวว่าวิธีนี้ทำให้นักวิจัยสามารถนำสารอินทรีย์และน้ำเข้าสู่ทรายและทำให้มันเสถียรในระดับหนึ่ง สำหรับทรายที่มีเส้นใยเติบโตอยู่ระหว่างเม็ดทราย ความสามารถในการเก็บน้ำเพิ่มขึ้นจากประมาณ 20.2% เป็น 25.5% ซึ่งการเพิ่มขึ้นนี้ถูกนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าเล็กน้อย นักวิจัยสามคนได้เปิดเผยสิทธิบัตรที่อยู่ในระหว่างการสมัคร

อย่างไรก็ตาม การวิจัยนี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนห้องปฏิบัติการ จุลชีพได้รับน้ำและสารอาหารในสภาวะที่ควบคุม และการเจริญเติบโตต้องการออกซิเจน การเจริญเติบโตของเสาทรายจากแบคทีเรียไม่สม่ำเสมอ โดยความแข็งแรงที่ด้านบนต่ำกว่าด้านล่าง การทดลองไม่ได้ทดสอบการเจริญเติบโตของพืชหรือกำหนดระยะเวลาการอยู่รอดของวัสดุในสภาวะทะเลทราย การวิจัยที่เกี่ยวข้องได้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Carbohydrate Polymers

ศักยภาพและความท้าทายของเทคโนโลยีทรายมีชีวิตในอนาคต

การวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานเส้นใยจุลชีพในสภาพแวดล้อมทะเลทราย โดยเฉพาะในการลดการซึมผ่านของน้ำและเสถียรภาพดิน ด้วยผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทั่วโลก ปัญหาการทะเลทรายจึงทวีความรุนแรงขึ้น เทคโนโลยีนี้จึงเสนอวิธีแก้ปัญหาที่ยั่งยืน อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังคงอยู่ในขั้นตอนห้องปฏิบัติการ ขาดข้อมูลการใช้งานจริงและการประเมินผลระยะยาว จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมในอนาคตเพื่อให้แน่ใจถึงประสิทธิภาพและความเป็นไปได้ในสภาพแวดล้อมธรรมชาติ