Wyobraźcie sobie świat, w którym nasze budynki, zamiast przyczyniać się do zanieczyszczenia, aktywnie walczą z globalnym ociepleniem. Naukowcy z ETH Zurich pracują nad tym, by stało się to rzeczywistością.
Sekret tkwi w mikroskopijnych organizmach – sinicach, zwanych też cyjanobakteriami. To jedne z najstarszych form życia na Ziemi, które przez miliardy lat doskonaliły sztukę fotosyntezy. Pobierają dwutlenek węgla z powietrza i wodę, a potem – przy udziale światła – zamieniają je w biomasę. Naukowcy z ETH Zurich poszli o krok dalej: zamknęli te bakterie w specjalnym żelu, który nie tylko pozwala im przeżyć, ale też aktywnie wspiera ich pracę.
Liczby mówią same za siebie. W warunkach laboratoryjnych materiał ten potrafił pochłaniać CO2 nieprzerwanie przez 400 dni. W tym czasie każdy gram materiału związał aż 26 mg CO2 – głównie w postaci minerałów.
Dla porównania mineralizacja betonu z recyklingu to około 7 mg CO2 na gram. Różnica? Ponad trzykrotna. Co więcej, nie potrzeba do tego zaawansowanej technologii – wystarczy światło, sztuczna woda morska z łatwo dostępnymi składnikami odżywczymi i oczywiście – powietrze z CO2.
Dzięki odpowiednio zaprojektowanej geometrii, opracowanej z pomocą druku 3D, materiał nie tylko wygląda futurystycznie, ale także efektywnie rozprowadza światło i składniki odżywcze wewnątrz struktury. To zapewnia sinicom idealne warunki do pracy – i życia. Badania wykazały, iż bakterie te zachowywały aktywność fotosyntetyczną przez ponad rok, co jest rekordowym wynikiem jak na „zamknięty” system.
Wyniki badań opublikowano w magazynie Nature.
Wydajność, która zaskakuje
To, co wyróżnia ten żywy materiał, to jego dwustronna zdolność do wiązania węgla. Sinice nie tylko przetwarzają CO2 w biomasę poprzez fotosyntezę, ale także potrafią wytrącać węglany (takie jak wapń) w postaci stałych minerałów. To właśnie w tym drugim przypadku węgiel jest magazynowany w znacznie stabilniejszej formie.
Nowy materiał kontrolowany przez 400 dni. Świeżo wydrukowana struktura (po lewej) jest przez cały czas miękka. Po 30 dniach może stać swobodnie i widocznie zielenieje. Ciągle magazynuje CO2 i twardnieje od środka. Zdjęcie: Yifan Cui / ETH ZurichSinice są jednymi z najstarszych form życia na świecie. Są niezwykle wydajne w fotosyntezie i potrafią wykorzystywać choćby najsłabsze światło do produkcji biomasy z CO2 i wody. Co więcej, te powstałe minerały nie tylko stanowią dodatkowy pochłaniacz węgla, ale także wzmacniają materiał mechanicznie, powoli utwardzając początkowo miękkie struktury. To inteligentne połączenie biologii i inżynierii – mówi Yifan Cui, jeden z głównych autorów badania.
Drukuj i buduj – architektura jutra
To wszystko brzmi świetnie w laboratorium, ale czy taki materiał da się wykorzystać na większą skalę? Odpowiedź brzmi: tak. Dzięki pracy doktorantki ETH Andrei Shin Ling, materiał doczekał się architektonicznej wersji w pełnej skali.
Na Biennale Architektury w Wenecji, w Pawilonie Kanady, stanęła instalacja Picoplanktonics: dwa obiekty przypominające pnie drzew, największy o wysokości 3 m, wydrukowane w całości z tego żywego materiału.
Pikoplanktonika na Biennale Architektury w Wenecji.Co ciekawe, każdy z tych „drzew” potrafi pochłonąć do 18 kilogramów CO2 rocznie – to mniej więcej tyle, ile potrafi przetworzyć 20-letnia sosna w umiarkowanej strefie klimatycznej. To nie tylko symbol – to działająca technologia, która pokazuje, jak można połączyć biologię z architekturą.
Materiał przyszłości? Nie – materiał teraźniejszości
W dobie kryzysu klimatycznego i wyzwań związanych z emisjami dwutlenku węgla, każde nowe rozwiązanie, które pozwala aktywnie usuwać CO2 z atmosfery, jest na wagę złota. A o ile przy okazji ten proces nie wymaga ogromnych ilości energii, kosztownych chemikaliów i może działać pasywnie, przy udziale światła słonecznego – tym lepiej.
Naukowcy z ETH Zurich widzą w tym rozwiązaniu potencjał nie tylko w architekturze, ale także w tworzeniu powłok elewacyjnych i systemów pasywnego oczyszczania powietrza.
Wyobraźmy sobie budynki, których fasady nie tylko są estetyczne, ale też pełnią funkcję aktywnych pochłaniaczy dwutlenku węgla. To byłby prawdziwy „zielony zwrot” w urbanistyce i budownictwie.
Więcej na Spider’s Web:
Nie tylko technologia – to sposób myślenia
Projekt z ETH Zurich pokazuje, iż przyszłość materiałów to nie tylko nowe stopy metali czy sztuczne polimery. To także materiały żywe – zdolne do interakcji z otoczeniem, samonaprawy, wzrostu i – co najważniejsze – współpracy z naturą.
Cyjanobakterie, które przez miliardy lat przekształcały atmosferę Ziemi, znów mogą pomóc nam w walce o klimat. Tym razem jednak to my zaprzęgamy je do działania – w ścianach, fasadach i konstrukcjach przyszłości.
To dopiero początek. Ale o ile technologia ta trafi do powszechnego użytku, możemy mówić o prawdziwej rewolucji – nie tylko w materiałoznawstwie, ale i w myśleniu o tym, jak budujemy i czym naprawdę jest „zrównoważony rozwój”.
