CC BY
109подсчетам самого архитектора и специалистов в области ботаники, эти здания воссоздали целый гектар леса. Однако технологии озеленения в нашей стране сейчас не столь широко применяются, но, возможно, в будущем они нас будут больше радовать.
2.
3.
4.
Библиография:
1. Брагина В.И. Вертикальное озеленение зданий и сооружений / В.И. Брагина, З.П. Белова, В.М. Сидоренко. - Киев: Буд1вельник, 1980. - 127 с.: ил. - (Быть городам образцовыми). Завадская Л.В. Вертикальное озеленение / Л.В. Завадская. -Москва: Издательский Дом МСП, 2005 - 128 с.: ил. - (Советы специалистов). - ISBN 5-7578-0259-6.
Козеева А.А. Технологии вертикального озеленения / А.А. Ко-зеева // Вестник ландшафтной архитектуры. - 2016. - №7. -С. 32-34.
Хуснутдинова А.И. Технология вертикального озеленения / А.И. Хуснутдинова, О.П. Александрова, А.Н. Новик. - Текст: электронный // Строительство уникальных зданий и сооружений. - 2016. - №12 (51). - URL: https://unistroy.spbstu.ru/ userfiles/files/2016/12(51)/2_husnutdinova_51.pdf (дата обращения: 18.04.2021).
Manso, M. Green wall systems: A review of their characteristics / M. Manso, J. Casto-Gomes. - Text: electronic // Renewable and sustainable energy reviews. - 2015. - January. - Pp. 863-871. - URL: https://www.researchgate.net/publication/266078897_Green_wall_ systems_A_review_of_their_characteristics (дата обращения: 18.04.2021).
5.
Рис. 2. Состав слоев озелененной кровли
П.М. Жук DOI: 10.24412/cl-35672-2021-1-0071
P.M. Zhuk
Биотехнологии в архитектурном материаловедении Biotechnology in Architectural Materials Science
Ключевые слова: биотехнологии, архитектурное материаловедение, жизненный цикл, строительные материалы. Keywords: biotechnology, architectural materials science, lifecycle, building materials.
Аннотация: В статье классифицированы подходы, связанные с применением живых организмов на разных этапах жизненного цикла, в области архитектурного материаловедения. Предложены два типа классификаций биотехнологий в архитектурном материаловедении.
Abstract: Approaches related to the use of living organisms at different stages of the life cycle in the field of architectural materials science are classified in the article. Two types of biotechnology classifications in architectural materials science are proposed.
В связи с ростом инновационной составляющей в создании объектов современной архитектуры и подходом к обеспечению их устойчивости все чаще появляются новые направления в разработке строительных материалов, одним из которых является участие живых организмов на различных стадиях жизненного цикла. Причем участие в технологических процессах, связанных со строительными материалами, могут принимать представители царств бактерий, грибов, растений и животных. В связи с этим актуальны классификация биотехнологических процессов и обсуждение связанного с ними терминологического аппарата в области архитектурного материаловедения.
Наиболее рациональным с точки зрения материало-ведческого подхода является классификация биотехнологий в привязке к жизненному циклу производимой продукции, начиная с используемого сырья и заканчивая переработкой или утилизацией материалов на завершающей стадии. По этому признаку биотехнологии
в архитектурном материаловедении можно подразделить на группы, приведенные в таблице 1.
Как следует из представленной в таблице 1 информации, первые две группы имеют лишь опосредованное отношение к биотехнологиям, так как живые организмы либо не участвуют в жизненном цикле, либо участвуют лишь при формировании сырьевой базы. Одним из примеров использования возобновляемого сырья в архитектуре являются теплоизоляционные материалы из овечьей шерсти. На этапе обработки с шерстью осуществляют такие важные технологические операции, как очистку (включая частичное освобождение от жиров), прочесывание, обработку антисептиками и анти-пиренами (при необходимости), а также формирование изделий с возможным введением в состав полиэстеро-вых волокон. Для придания формы также используют погружение овечьей шерсти в латексное молочко на основе натурального каучука. В качестве защиты от моли и иных насекомых, которых привлекают белко-
вые соединения группы кератинов, применяют соединение митин (производное карбамида) [5]. Также может предусматриваться введение антипирирующих добавок. Положительным свойством изделий на основе овечьей шерсти является способность поглощать вредные вещества (например, альдегиды, включая формальдегид).
Рассмотрим ряд производственных биотехнологий в качестве примеров. Одним из вариантов технологического использования биотехнологий является успешный опыт модификации бетона с помощью биосилифи-кации. Модификация производится за счет введения нанотрубок, которые получаются с использованием ци-анобактерий видов Leptolyngbya laminosa и Pseudanabae-na sp. термальных источников рифтовой системы озера Байкал [1]. Таким образом, в данной технологии циано-бактерии выступают в качестве матриц для осаждения кремнезема, упрощая тем самым процесс его минерализации путем извлечения из раствора и отложения вокруг нитей. Далее необходимо проведение диспергирования ультразвуком с образованием нанотрубок.
Процесс биологического осаждения находит все более широкое технологическое применение в производстве строительных материалов. В частности, такие технологии применяются для формирования строительных материалов с использованием так называемого биоцемента, который защищен патентами компании Bioma-son. В отличие от обычного портландцемента, в процессе изготовления которого происходит выделение углекислого газа при разложении известняка и соединения оксида кальция с силикатами, в биоцементе происходит обратный процесс соединения кальция и углерода через осаждение (например, из коллоидного раствора) [6]. При этом промежуточным этапом может являться как карбонат кальция, так и гидрокарбонат кальция, а в процессе осаждения важную роль, подобно варианту арагонита (по образцу кораллов), могут играть составляющие белка, который отвечает за работу фоторецепторов (так называемый phytochrome-interactingfactor, или Pif) [2]. Технология включает этапы подготовки биологических агентов с питательным веществом, формирование агрегатных структур (заполнителей, часто из
отходов), подготовку и введение (например, систематическим набрызгом) состава с ионами кальция. Процесс осаждения также используется при изготовлении кирпичей из урины. Особенностью той технологии является использование в качестве сырья песка, хлорида кальция, мочевины и определенного состава бактерий. В качестве биоактивного компонента технологии выступают уникальные грамположительные бактерии вида Sporosarcinapasteurii, способные к разрушению мочевины и микробиологически индуцированному осаждению кальцита (англ. Microbiologically induced calcite precipitation - MICP) [4]. Сходство технологий бактериального осаждения заключается в том, что песок заселяется микроорганизмами и помещается в формы, бактерии обволакивают песчинки и способствуют формированию кристаллов кальцита. Для интенсификации роста кристаллов сформованные кирпичи опрыскивают водным раствором питательного вещества. Для изготовления кирпича не требуется специальный температурный режим, они готовы к применению уже через 4-5 дней. Прочностные показатели изделий вполне соответствуют требованиям к использованию его для кладки в качестве стенового материала.
Кроме процесса осаждения минералов, существуют подходы с использованием мицелия грибов. Основа таких саморастущих материалов формируется за счет того, что в стенках клеток грибов содержится азотсодержащий полисахарид хитин, мономером которого является N-ацетилглюкозамин. Прочность нанофибрил на разрыв благодаря высокому дипольному моменту и водородным связям между цепями макромолекул может достигать 3 ГПа [8]. При производстве таких материалов используют следующие виды грибов: вешенка обыкновенная (Pleurotus ostreatus), шиитаке (Lentinula edodes), рейши (Ganoderma lucidum). В качестве субстрата могут выступать опилки, рисовая или пшеничная шелуха, скорлупа грецкого ореха и др.
Технологические операции в общем виде можно описать следующим образом:
- замачивание субстрата;
- стерилизация сырья;
Таблица 1
Биотехнологии в архитектурном материаловедении (классификация по этапам жизненного цикла)
Этап жизненного цикла материала Применяемые биотехнологии Основные характеристики
Разработка материала интеллектуальные биотехнологии Использование и внедрение природоподобных технологий в материалах
Добыча сырья биотехнологии ресурсо-и энергосбережения Применение растений или продукции животноводства позволяет снизить использование невозобновляемых ресурсов
Производство материала Монтаж материалов производственные биотехнологии Непосредственное участие живых организмов в процессе производства строительного материала в качестве основной формирующей технологии, а также как вспомогательных агентов
Эксплуатация эксплуатационные биотехнологии Когда бактерии или водоросли становятся составной частью строительного материала или системы, выполняя соответствующую функцию; а также когда возможные восстановление и ремонт осуществляются с помощью микроорганизмов
Переработка/ утилизация биотехнологии утилизации Переработка живыми организмами отслуживших срок эксплуатации строительных материалов
- подготовка грибов и питательной среды;
- введение грибов в субстрат;
- массовая колонизация (около двух недель);
- заполнение формы (выдержка около 2 недель);
- инкубация (3 дня);
- сушка (влажность около 30%) [8].
С точки зрения эксплуатационных биотехнологий интересен пример самовосстанавливающегося бетона. Он был предложен Х. Джонкерсом из Технического университета Дельфта в Нидерландах [3]. Идея состоит в том, что в добавляемых в состав бетона гранулах с водорастворимой оболочкой заключены бактерии, находящиеся в состоянии биопаузы, и лактат кальция. В случае появления на поверхности бетона трещин и попадания в них воды оболочка гранул растворяется, бактерии активизируются и начинают потреблять лактат кальция. Продуктом жизнедеятельности бактерий является известняк, заполняющий трещины и тем самым восстанавливающий целостность материала.
Сочетание энергосбережения и эксплуатационных биотехнологий прекрасно демонстрируется на примере выработки энергии с помощью генномодифицирован-ных бактерий кишечной палочки Escherichia coli, технология разработана специалистами из Университета Британской Колумбии (Ванкувер, Канада). В предложенных ими биогенных панелях используется известная способность кишечных палочек участвовать в синтезе различных соединений, в частности, каротиноидного пигмента ликопина, который, в свою очередь, играет важное значение для фотосинтеза. Бактерии в опытных образцах размещали на поверхности из стекла с покрытием, служащим анодом солнечного элемента. Сами бактерии покрывали диоксидом титана. В итоге, такая солнечная панель не только вырабатывает электрический ток, но и способна делать это в погоду с относительно небольшим количеством солнечного света [7]. Эффективность технологии еще предстоит определить, но уже видны пути ее возможного повышения.
На современном этапе развития науки и техники особенно остро встает проблема переработки и утилизации полимерных материалов, в том числе применяемых в строительстве. В связи с этим ведутся научные работы по исследованию потребления полимерных материалов в пищу различными организмами. В таблице 2 представлены некоторые из исследуемых на настоящий момент вариантов включения видов пластика в биогеохимический цикл с использованием разных организмов.
Кроме предложенной классификации по этапам жизненного цикла стоит также рассматривать классификации биотехнологий архитектурного материаловедения по иным признакам. Например, по степени участия живых организмов в жизненном цикле их можно подразделить на биотехнологии (для которых живые организмы участвуют только в процессе изготовления) и биоматериалы (где уже на стадии эксплуатации живые организмы играют важную роль). По степени переработки сырья в производственном процессе можно выделить основную переработку и формирование структуры материала, вспомогательные биотехнологии, а также участие микроорганизмов на этапе эксплуатации. Интересна также классификация всех биоматериалов по виду используемого сырья, то есть природе тех материалов, которые взаимодействуют с микроорганизмами на той или иной стадии жизненного цикла.
Стоит принимать во внимание особенности анализа жизненного цикла материалов, изготовленных или функционирующих с использованием биотехнологий. Особенно при этом необходимо учитывать жизнедеятельность задействованных организмов. Кроме того, отдельно стоит принимать во внимание защиту материалов объектов архитектуры от биоповреждений. Исследование существующих биотехнологий в архитектурном материаловедении призвано помочь в поиске новых направлений производства материалов, а также применения таких материалов и систем в архитектурных объектах.
Таблица 2
Наименование вида Потребляемые материалы Необходимые дальнейшие пути переработки. Исследователи
Личинки мучных червей (Tenebrio molitor) полистирол Мучные черви не могут полностью переработать полистирол, им на помощь приходят бактерии рода Exiguobacterium в их кишечнике, другие бактерии позволяют разлагать остатки пластика в экскрементах мучных червей. (Аня Малави Брэндон, Вэй-Мин Ву и др. Стэнфордский университет, Калифорния, США)
Личинки индийской моли (Plodia interpunctella) полиэтилен Переработка пластика осуществляется за счет присутствия в кишечнике личинок бактерий из родов Enterobacter и Bacillus. Сами личинки могут идти на корм рыбам, птицам или в блюда китайской кухни. (Вэй-Мин Ву и др. Стэнфордский университет, Калифорния, США)
Гусеницы восковой моли (Galleria mellonella) полиэтилен (возможно, и иные виды пластика) Синтетическая версия фермента может использоваться для разложения пластика. (Исследователь: Федерика Бертоккини (университет Кантабрии, Сантандер, Испания)
Грамотрицательные бактерии из группы протеобактерий (Ideonella sakaiensis) полиэтилен-терефталат (ПЭТ) Возможность создания синтетических ферментов, разлагающих полимерный материал, для регулирования сроков разложения. (Группа ученых из Японии, Технологический институт Киото, университет Кейо в Йокогаме и др.)
Различные виды, потребляющие компоненты полимерных строительных материалов
Библиография:
1. Лукутцова Н.П. Исследование влияния добавки на основе биосилифицированных нанотрубок, полученных в условиях In Vitro, на прочность бетона / Н.П. Лукутцова, А.Г. Устинов, С.Н. Головин // Инновации в строительстве 2017: Материалы международной научно-практической конференции, 20-22 ноября 2017 г., Брянский государственный инженерно-технологический университет. - Брянск: БГИТУ 2017. -C. 79-85.
2. Bahn, S.Y. Control of nacre biomineralization by Pif80 in pearl oyster / S.Y. Bahn, B.H. Jo, Y.S. Choi, H.J. Cha // Science Advances. - 2017. - Vol. 3(8), e1700765. - URL: https://advances.sciencemag. org/content/3/8/e1700765 (date of access: 07.05.2021). - DOI: 10.1126/sciadv.1700765.
3. Jonkers, H.M. Self Healing Concrete: A Biological Approach / H.M. Jonkers // Self Healing Materials. - (Springer Series in Materials Science, volume 100). - Dordrecht: Springer, 2007. -Pp. 195-204.
4. Lambert, S.E. Manufacturing bio-bricks using microbial induced calcium carbonate precipitation and human urine / S.E. Lambert,
D.G. Randall // Water Research. - 2019. - Vol 160. - URL: https:// doi.org/10.1016/j.watres.2019.05.069 (date of access: 07.05.2021).
5. Leitfaden Dämmstoffe 3.0 mit Schwerpunkt Naturdämmstoffe. Bauphysik - Planung - normgerechter Einsatz -Qualitätssicherung - Ökobilanz / Herausgeber Landeshauptstadt München Referat für Gesundheit und Umwelt. - München: Bauzentrum München, 2017.
6. Lokier, S. A quantitative analysis of microbially-induced calcite precipitation employing artificial and naturally-occurring sediments / S. Lokier, G. Krieg Dosier // European Geosciences Union General Assembly. - 2013.
7. Srivastava, S.K. A biogenic photovoltaic material / S.K. Srivas-tava, P. Piwek, S. Ayakar [et al] // Small. - 2018. - Vol. 14 (26). -URL: https://doi.org/10.1002/smll.201800729 (date of access: 07.05.2021).
8. Yang, K. Investigations of Mycelium as a Low-carbon Building Material. ENGS 88 Honors Thesis (AB Students) / K. Yang. - Hanover, New Hampshire: Dartmouth College, 2020.
9.
А.К. Моргунов, С.Ф. Муратов DOI: 10.24412/cl-35672-2021-1-0072
A.K. Morgunov, S.F. Muratov
Крымский Южнобережный транспортный коридор - драйвер развития Крыма Crimean South Coast Transport Corridor - the driver of the development of the Crimea
Ключевые слова: транспортные коридоры, скоростные магистрали, канатные дороги, транспорт будущего, Крым. Keywords: transport corridors, expressways, cableways, transport of the future, Crimea.
Аннотация: Статья посвящена анализу транспортной и логистической инфраструктуры Крыма и вариантам ее развития в новых реалиях.
Abstract: The article is devoted to comparison and analysis of the Crimea's transport and logistical structure and trends of development.
Традиционно исторически главными воротами Крыма были северные - через Чонгар и Джанкой на Симферополь - главный транспортно-коммуникационный узел-распределитель, достаточно удобно расположенный почти в центре полуострова, равноудаленно от Западного и Восточного Крыма, Южного берега Крыма (ЮБК).
Современные политические и экономические реалии коренным образом изменили логистическую структуру Крыма. Восточные ворота стали главными. Строительство уникального Крымского моста закрепило доминирование восточного вектора и обеспечило надежную бесперебойную связь с материком.
Соответствующим образом развивается сопровождающая грандиозное строительство инфраструктура. Построен значительный участок скоростной магистрали - подхода к мосту со стороны Тамани. Ударными темпами ведется строительство скоростной трассы «Таврида». Она рационально проложена вдали от побережий через степной Крым, минуя и обходя «узкие» места в районе Феодосии и Старого Крыма, практически напрямую из Керчи в Симферополь и далее через Бахчисарай в Севастополь.
Эта трасса напрямую связывает «Восточные ворота» и столицу республики - главный промышленный, куль-
турный, деловой центр. Безусловно, рациональна и логистическая составляющая этой кратчайшей магистрали, подключающей к Восточным воротам исторический главный центральный транспортно-логистический узел полуострова, имеющий развитые связи со всеми направлениями. Это позволяет решить первостепенные народно-хозяйственные задачи.
Но главной особенностью Крыма всегда (начиная с царских времен) была его рекреационная составляющая. К сожалению, с туристической рекреационной логистической доступностью основных курортов не все так же радужно. Здесь есть целый ряд очевидных «узких» мест, значительно усложняющих логистику.
Первое и главное: издавна наиболее привлекательным местом в Крыму (благодаря уникальному сочетанию природно-климатических и, вследствие этого, исторических факторов) был и остается ЮБК. И даже если значительная часть туристов предпочитает для длительного отдыха другие регионы Крыма, она все равно непременно как минимум посетит основные достопримечательности ЮБК с организованными экскурсиями или самостоятельно.
Второе, существенное: дорога на ЮБК из Керчи через Симферополь на 50 километров длиннее, чем напрямую
