Biorock (также Seacrete [1] ) — это конструкционный материал, похожий на цемент , образующийся при пропускании небольшого электрического тока между подводными металлическими электродами , помещенными в морскую воду , в результате чего растворенные минералы скапливаются на катоде , образуя толстый слой известняка . Этот «процесс наращивания» можно использовать для создания строительных материалов или для создания искусственных «электрифицированных рифов» на благо кораллов и других морских обитателей. Обнаруженный Вольфом Хильбертцем в 1976 году, биорок был защищен патентами и товарным знаком , срок действия которых уже истек.
В 1970-е годы профессор Вольф Хильбертц , архитектор по образованию, изучал морские ракушки и рифы в Школе архитектуры Техасского университета . Он думал о том, как люди могли бы подражать тому, как растут кораллы. После предварительных работ в 1975 году, в 1976 году он обнаружил, что при пропускании электрического тока через соленую воду со временем на катоде откладывается толстый слой различных материалов, включая известняк . Более поздние эксперименты показали, что покрытие может утолщаться со скоростью 5 см в год, пока течет ток.
Первоначальный план Хильбертца заключался в том, чтобы использовать эту технологию для выращивания недорогих структур в океане. Он подробно изложил свою основную теорию в техническом журнале в 1979 году [2] , полагая, что этот процесс не следует патентовать, чтобы кто-либо мог использовать его в коммерческих целях. Однако, несколько раз его подводили, он основал компанию The Marine Resources Company, привлек венчурный капитал и подал ряд патентов , касающихся биорока. [3] [4]
Он распустил компанию Marine Resources в 1982 году [5] , когда его внимание сместилось на создание искусственных коралловых рифов (или электрифицированных рифов ) после встречи с Томасом Дж. Горо . Хильбертц заключил партнерство с Горо, который продолжил работу по восстановлению коралловых рифов и биороку после смерти Хильбертца в 2007 году.
Химический процесс, происходящий на катоде, выглядит следующим образом: карбонат кальция ( арагонит ) соединяется с ионами магния , хлорида и гидроксила , медленно срастаясь вокруг катода , покрывая его толстым слоем материала, подобного по составу цементу на основе оксихлорида магния . Со временем катодная защита заменяет отрицательный ион хлорида (Cl-) растворенным бикарбонатом (HCO3-), что приводит к отверждению покрытия до смеси гидромагнезита и арагонита с выделением газообразного кислорода через пористую структуру. Измеренная прочность на сжатие составляет от 3720 до 5350 фунтов на квадратный дюйм (от 25,6 до 36,9 МПа), что сопоставимо с бетоном , используемым для тротуаров. [6] Материал быстро растет, укрепляется с возрастом и самовосстанавливается при приложении силы. Этот процесс приводит к выбросу углекислого газа в атмосферу , а не к его улавливанию . [7]
Электрический ток, подаваемый при низком постоянном напряжении (часто <4 В) при малом токе, требуется на постоянной, импульсной или прерывистой основе, поэтому его можно генерировать поблизости от недорогого интегрированного источника возобновляемой энергии , такого как небольшой плавучий массив солнечных батарей . Один киловатт-час электричества аккумулирует от 0,4 до 1,5 килограммов (от 0,9 до 3,3 фунтов) биокамни, в зависимости от таких параметров, как глубина, электрический ток, соленость и температура воды . [8] [9]
Электрифицированные рифы могут быть построены с использованием процесса Biorock, который обеспечивает субстрат , на котором процветают кораллы, очень похожий на субстрат естественного рифа. Структурный элемент рифа может быть построен из недорогой металлической арматуры , на которой будет формироваться скала, которую можно создать на месте в форме, соответствующей местоположению и назначению. Электроэнергия подается между этой большой металлической конструкцией ( катодом ) и анодом гораздо меньшего размера. Коралл также извлекает выгоду из электрифицированной и насыщенной кислородом рифовой среды, которая образуется вокруг катода. Высокий уровень растворенного кислорода делает его очень привлекательным для морских организмов, особенно плавниковых рыб.
Термин Biorock был защищен товарным знаком в период с 2000 по 2010 год, но теперь его можно использовать без ограничений. [10]
Подводная аккреция может оказаться недорогим способом защиты и укрепления подводных свай портовых сооружений и даже заделки трещин в железобетоне. Его можно было бы использовать для строительства волноломов и причалов для судов. Г-н Хильбертц также планирует выращивать строительные компоненты под водой для строительства на суше, а также создавать полностью сформированные конструкции с простой конструкцией.
Является ли известняк (или биорок) атмосферным поглотителем CO2? Нет! Это источник. Это сложный вопрос, который кажется соблазнительно простым, но в то же время обманчиво простым, и на котором так много людей сбились с пути. Интуитивно кажется очевидным, что, поскольку отложение известняка удаляет растворенный неорганический углерод из океана, это должно быть компенсировано растворением одной молекулы атмосферного CO2 в океане, но на самом деле происходит обратное. Причина в том, что в океане гораздо больше растворенного неорганического углерода в форме ионов бикарбоната, чем CO2 в атмосфере, а океан представляет собой систему с буферным pH.