Nanotechnologia i budownictwo

„Nano” jest przedrostkiem jednostki miary o symbolu n, wyrażonej mnożnikiem 0,000 000 001-9 (jedna miliardowa). Podaliśmy tę wielkość, żeby uświadomić Wam z jak małymi wartościami mają do czynienia fizycy zajmujący się nanotechnologią. Nauka ta zajmuje się strukturami o rozmiarach nanometrycznych. Przykładami zastosowania jej osiągnięć w praktyce są niektóre sztuczne tworzywa, nanorurki czy grafen, o którym było niedawno głośno. Chociaż nanostruktury tworzy się na poziomie atomowym, ich trwałość przynosi światu materiałową rewolucję. Czy nanotechnologia ma już dziś zastosowanie w budownictwie czy może jest to raczej wizja przyszłości?

Twórcą  nauki na poziomie „nano” jest Richard Feynmann, który otrzymał w 1965 roku Nagrodę Nobla. To właśnie dzięki niemu nanotechnologia rozwija się po dziś dzień. Oprócz wytwarzania nanostruktur, zajmuje się ona modyfikacją materiałów (nanomodyfikacja), monitorowaniem rozmieszczenia modyfikatora w strukturze kompozytu (nanomonitoring) czy badaniem własności na poziomie nanostruktury (nanotest).  Czyli prawie wszystko, co wiąże się z bardzo małymi cząsteczkami.

Zdobycze naukowe w postaci nanomodyfikacji rewolucjonizują wiele branż przemysłowych. Wśród beneficjentów jest także budownictwo. Dzięki dodaniu określonych nanostruktur albo ich zmianie w materiale, dochodzi do przeobrażenia jego właściwości, a czasami nawet do uzyskania nowych, lepszych cech. Ulepszeniu ulegają materiały budowlane oraz wykończeniowe. Aby zabezpieczyć pomieszczenia przed bakteriami i drobnoustrojami, pokrywa się je zmodyfikowanym tynkiem i farbą. Struktury materiałów są zmieniane poprzez dodanie do nich jonów srebra, które utrudniają podział komórkowy mikroorganizmów. W podobny sposób wzbogacane są także fugi.  Oprócz nanocząsteczek srebra, można stosować też nanocząsteczki innych metali, na przykład złota albo miedzi.

Do tynku dodaje się ditlenek tytanu, dzięki któremu łatwiej usunąć zabrudzenia ze ścian. Elewacje z takim tynkiem nawet po kilku latach zachowują czystość. Cząsteczki TiO2 (ditlenku tytanu) chronią też ściany przed wchłanianiem nieprzyjemnych zapachów z pomieszczeń, na przykład woni dymu papierosowego.

Naukowcy poddają eksperymentom również beton. Materiał poddawany jest zbrojeniu nanorurkami, co ze względu na ich wysoką sprężystość przynosi doskonałe efekty. Niestety nanorurki nie łączą się najlepiej z zaczynem cementu, a cena nanostruktury może być przeszkodą (200 euro za 1 gram). Alternatywę dla wymienionego rozwiązania może w przyszłości stanowić wspomniany wcześniej grafen, materiał o zdecydowanie niższym koszcie produkcji, stąd duże zainteresowanie przemysłu rozwojem badań nad nim.

Na polskich półkach sklepowych dostępnych jest wiele produktów budowlanych poddanych nanomodyfikacji. Oprócz tynku, farb, fug i betonu także zabezpieczenia materiałów drewnianych, podkłady i grunty o rozmaitych właściwościach. Nanotechnologia może skutecznie zmieniać struktury i cechy betonu, stali, drewna, żelbetu czy sztucznych tworzyw. Naukowcy przewidują, że w ciągu pierwszych 25 lat XX wieku zmiany „nano” będą najszybciej postępowały właśnie w tych grupach materiałów. Drewno stanie się dzięki nim odporniejszym surowcem, wprowadzone zostaną nowe mieszanki betonu oraz technologie jego zbrojenia.

Chociaż nanotechnologia jest stosunkowo młodą nauką, a niektóre prognozy w jej obszarze wciąż uznaje się za futurologię albo nawet bajki, zmiany jakie zachodzą na naszych oczach pozwalają twierdzić, że to naukowcy zajmujący się nanostrukturami będą faktycznie zmieniać świat. Na chwilę obecną branża budowlana nie może w pełni czerpać korzyści z nanomodyfikowanych materiałów, głównie z powodu wysokich cen. Pozostaje mieć nadzieję, że wkrótce, może w całkiem niedługiej perspektywie czasowej, koszty wytworzenia produktów typu „nano” spadną.