Уникальный «живой» материал растет и связывает СО2 за счет фотосинтеза
Разработанный в лабораториях ETH Zurich, уникальный «живой» материал сочетает в себе современные технологии и живые микроорганизмы, что позволяет превратить архитектуру в инструмент борьбы с изменением климата. Основу инновационного вещества составили фотосинтезирующие цианобактерии: ученые заключили их в специальный гель, объекты из которого можно печатать на 3D-принтере. Цианобактерии — древнейшие микроорганизмы, которые способны эффективно превращать углекислый газ в органическое вещество, а также осаждать его в виде минеральных соединений, карбонатов.
Команда ученых под руководством профессора Марка Тиббита называет свое творение «фотосинтетическим живым материалом». Он способен расти, со временем становясь все прочнее, и при этом поглощать углекислый газ из воздуха. Для его существования необходим лишь свет, углекислота и искусственная морская вода с питательными веществами. За счет уникальных свойств цианобактерий материал не только производит биомассу, но и изменяет химическую среду вокруг себя, вызывая образование экологичных минеральных отложений. Таким образом, углерод связывается сразу двумя путями, что делает этот подход особенно перспективным для долгосрочного хранения CO₂.
В лабораторных условиях материал демонстрировал стабильное связывание углекислоты в течение 400 дней, при этом каждый грамм материала поглощал около 26 миллиграммов CO₂. Это в разы превышает эффективность многих биологических методик и сравнимо с результатами химической минерализации переработанного бетона. Кроме того, осажденные карбонаты дополнительно упрочняют структуру материала, делая ее более жесткой.
Сам гель, в который помещены цианобактерии, представляет собой гидрогель — полимерную субстанцию с высоким содержанием воды. Ученые тщательно подобрали оптимальную структуру этого вещества, чтобы обеспечить его максимальную проницаемость для света, углекислого газа и питательных веществ, чтобы бактерии могли равномерно распространяться в материале и эффективно работать. Геометрию конструкций сформировали с помощью 3D-печати, чтобы увеличить площадь поверхности и улучшить капиллярное распределение питательных веществ внутри материала. Это позволило бактериям не только выживать, но и оставаться активными на протяжении более одного года.
Разработка уже вышла за пределы лаборатории. Докторант ETH Андреа Шин Линг адаптировала технологию под архитектурные масштабы и представила ее на Венецианском архитектурном биеннале в рамках проекта «Picoplanktonics». Печатаемые структуры из живого материала стали строительными блоками двух трехметровых объектов, каждый из которых может ежегодно связывать до 18 килограммов CO₂ — примерно столько же поглощает за год 20-летняя сосна, растущая в умеренном климате. Установка была специально модифицирована, чтобы обеспечить нужный уровень света, влажности и температуры для роста цианобактерий.
Ученые рассматривают живой материал как экологически чистую альтернативу существующим технологиям улавливания углерода. В перспективе инновационное вещество можно будет использовать как облицовку для зданий, которая превратит городскую инфраструктуру в гигантский фильтр для очистки воздуха. Соединение усилий архитекторов, биоинженеров и экологов позволяет переосмыслить саму природу строительных материалов и придать им новую, живую форму.
