Живой строительный материал фотосинтезирует и сохраняет углерод

Продвинутые материалы

Редакционная группа сайта «Технологические инновации» - 25.06.2025

Крупноформатные объекты, созданные для выставки с использованием фотосинтетических структур, разработанных командой, — да, они живые и становятся сильнее. [Фото: Валентина Мори/Biennale di Venezia]

Живая материя

Многопрофильная группа специалистов Швейцарского федерального технологического института (ETH) уже много лет работает над объединением традиционных материалов с бактериями, водорослями и грибами — концепцией, известной как живая материя .

Цель состоит в том, чтобы создать живые материалы, которые приобретают полезные свойства благодаря метаболизму микроорганизмов, от способности улавливать _CO2 из воздуха посредством фотосинтеза до строительства живых биофабрик , даже если для этого потребуется вынужденная эволюция .

Последнее достижение команды включает включение фотосинтетических бактерий, известных как цианобактерии, в гель, который можно использовать в качестве биочернил в 3D-принтере. Результатом является материал, который является живым, растет и даже активно удаляет углекислый газ из воздуха — действительно живой фотосинтетический материал, но искусственный.

И это еще не все: поскольку он относится к концепции живой материи, искусственный материал, способный к фотосинтезу, может не только производиться в любой форме, но и может расти, требуя только солнечного света, богатой питательными веществами воды и _CO2 .

«Как строительный материал, он может помочь хранить _CO2 непосредственно в зданиях в будущем», — сказал исследователь Марк Тиббитт, добавив, что живой материал поглощает гораздо больше _CO2 , чем улавливается в процессе органического роста: «Это связано с тем, что материал может хранить углерод не только в биомассе, но и в форме минералов, что является особым свойством этих цианобактерий».

Подготовка фотосинтетических живых материалов для двойной секвестрации углерода. [Изображение: Далия Дрансейке и др. - 10.1038/s41467-025-58761-y]

Жилые здания

В настоящее время основная цель команды — создание конструкций, которые можно использовать в гражданском строительстве .

Этому способствует еще одно преимущество живой материи: бактерии изменяют свою химическую среду вне клетки в результате фотосинтеза, вызывая осаждение твердых карбонатов, таких как известь. Эти минералы представляют собой дополнительный поглотитель углерода и, в отличие от биомассы, хранят _CO2 в более стабильной форме.

И это очень интересное свойство, поскольку минералы откладываются внутри материала, укрепляя его механически. Таким образом, цианобактерии медленно затвердевают изначально мягкие структуры, полученные с помощью 3D-печати.

Лабораторные испытания показали, что материал непрерывно удерживает _CO2 в течение 400 дней, большую часть в минеральной форме — около 26 миллиграмм _CO2 на грамм материала. Это значительно больше, чем многие биологические методы, и сопоставимо с химической минерализацией переработанного бетона (около 7 мг _CO2 на грамм).

Цифровое изготовление фотосинтетических живых структур. [Изображение: Далия Дрансейк и др. - 10.1038/s41467-025-58761-y]

Гидрогель

Материал, несущий живые клетки, представляет собой гидрогель, гель из сшитых полимеров с высоким содержанием воды. Команда выбрала полимерную сеть, которая может транспортировать свет, _CO2 , воду и питательные вещества, позволяя клеткам равномерно распределяться по всему материалу, но не выливаться.

Чтобы обеспечить максимально долгую жизнь цианобактерий и их эффективность, исследователи оптимизировали геометрию структур с помощью процессов 3D-печати, чтобы увеличить площадь поверхности, улучшить проникновение света и способствовать потоку питательных веществ.

«Таким образом, мы создали структуры, которые пропускают свет и пассивно распределяют питательную жидкость по всему телу посредством капиллярных сил. Благодаря такой конструкции инкапсулированные цианобактерии продуктивно жили более года», — рассказала исследователь Далия Дрансейке.

Другие новости о:

Больше тем