Levend bouwmateriaal fotosynthetiseert en slaat koolstof op

Geavanceerde materialen

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 25-06-2025

Grote objecten, gemaakt voor een tentoonstelling met behulp van de fotosynthetische structuren die het team heeft ontwikkeld – ja, ze leven en worden steeds sterker. [Afbeelding: Valentina Mori/Biënnale van Venetië]

Levende materie

Een multidisciplinair team van de Zwitserse Technische Hogeschool (ETH) werkt al jaren aan de combinatie van conventionele materialen met bacteriën, algen en schimmels, een concept dat ook wel levende materie wordt genoemd.

Het doel is om levende materialen te creëren die dankzij het metabolisme van micro-organismen nuttige eigenschappen verkrijgen, van het vermogen om _CO2 uit de lucht te halen door fotosynthese tot het bouwen van levende biofabrieken , ook al vereist dit gedwongen evolutie .

De nieuwste prestatie van het team behelst het integreren van fotosynthetische bacteriën, cyanobacteriën genaamd, in een gel die als bio-inkt in een 3D-printer kan worden gebruikt. Het resultaat is een levend materiaal dat groeit en zelfs actief koolstofdioxide uit de lucht haalt – een echt levend fotosynthetisch materiaal, maar dan kunstmatig.

En het is meer dan dat: omdat het tot het concept van levende materie behoort, kan het kunstmatige materiaal dat in staat is tot fotosynthese niet alleen in elke gewenste vorm worden geproduceerd, maar kan het ook groeien, waarbij het alleen zonlicht, voedingsrijk water en _CO2 nodig heeft.

"Als bouwmateriaal zou het in de toekomst kunnen helpen om _CO2 rechtstreeks in gebouwen op te slaan", aldus onderzoeker Mark Tibbitt. Hij voegt eraan toe dat het levende materiaal veel meer _CO2 opneemt dan wordt vastgelegd door organische groei: "Dit komt doordat het materiaal koolstof niet alleen in biomassa kan opslaan, maar ook in de vorm van mineralen, een bijzondere eigenschap van deze cyanobacteriën."

Voorbereiding van fotosynthetische levende materialen voor dubbele koolstofvastlegging. [Afbeelding: Dalia Dranseike et al. - 10.1038/s41467-025-58761-y]

Levende gebouwen

De huidige hoofddoelstelling van het team is het bouwen van constructies die gebruikt kunnen worden in de civiele bouw .

Dit wordt mogelijk gemaakt door een ander voordeel van levende materie: bacteriën veranderen hun chemische omgeving buiten de cel als gevolg van fotosynthese, waardoor vaste carbonaten zoals kalk neerslaan. Deze mineralen vormen een extra koolstofput en slaan, in tegenstelling tot biomassa, _CO₂ op in een stabielere vorm.

En dit is een zeer interessante eigenschap, aangezien de mineralen zich in het materiaal afzetten en het mechanisch versterken. Op deze manier verharden de cyanobacteriën langzaam de aanvankelijk zachte structuren die door 3D-printen zijn ontstaan.

Laboratoriumtests hebben aangetoond dat het materiaal 400 dagen lang continu _CO2 vasthoudt, grotendeels in minerale vorm – ongeveer 26 milligram _CO2 per gram materiaal. Dit is aanzienlijk meer dan veel biologische technieken en vergelijkbaar met de chemische mineralisatie van gerecycled beton (ongeveer 7 mg _CO2 per gram).

Digitale fabricage van fotosynthetische levende structuren. [Afbeelding: Dalia Dranseike et al. - 10.1038/s41467-025-58761-y]

Hydrogel

Het materiaal dat de levende cellen draagt, is een hydrogel, een gel gemaakt van vernette polymeren met een hoog watergehalte. Het team koos een polymeernetwerk dat licht, _CO2 , water en voedingsstoffen kan transporteren, waardoor de cellen zich gelijkmatig door het materiaal kunnen verspreiden zonder eruit te lekken.

Om ervoor te zorgen dat de cyanobacteriën zo lang mogelijk leven en efficiënt blijven, optimaliseerden de onderzoekers de geometrie van de structuren met behulp van 3D-printprocessen. Hiermee werd het oppervlak vergroot, de lichtpenetratie verbeterd en de stroom van voedingsstoffen bevorderd.

"Op deze manier hebben we structuren gecreëerd die lichtdoorlatendheid mogelijk maken en de voedingsvloeistof passief door het lichaam verspreiden via capillaire krachten. Dankzij dit ontwerp konden de ingekapselde cyanobacteriën meer dan een jaar productief blijven", aldus onderzoeker Dalia Dranseike.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen