Учени изобретиха „жив“ строителен материал, който абсорбира CO2 от въздуха

Екип от учени от Швейцарския федерален технологичен институт (ETH) в Цюрих е разработил нов „жив“ материал, който съдържа синьозелени водорасли и абсорбира въглероден диоксид (CO2). Той се втвърдява с времето и може да се използва в строителството.

Благодарение на синьо-зелените водорасли или цианобактериите, новият материал е фотосинтетичен, което означава, че може химически да преобразува въглеродния диоксид, слънчевата светлина и водата в кислород и захари, които подхранват растежа.

В присъствието на определени хранителни вещества, материалът може също да преобразува CO2 в твърди карбонатни минерали като варовик, казват изследователите. Тези минерали след това създават здрава решетка в материала, която го укрепва и поддържа въглерода в по-стабилна форма, отколкото фотосинтезата.

„Материалът може да съхранява въглерод не само в биомаса, но и под формата на минерали (специално свойство на тези цианобактерии). Като строителен материал, в бъдеще би могъл да помогне за съхранението на CO2 директно в сградите“ — казва съавторът на изследването Марк Тибит, доцент по макромолекулно инженерство в ETH.

Без способността да секвестира въглерода в минерална форма, новият материал би бил гъвкав и желатинов. Но чрез производството на минерален скелет от CO2 и хранителни вещества, материалът постепенно увеличава собствената си механична якост, което го прави добър кандидат за строителството, казват изследователите.

Те също така предвиждат материалът евентуално да бъде използван като покритие върху фасади на сгради, за да абсорбира директно CO2 от атмосферата. В проучването материалът е абсорбирал непрекъснато въглероден диоксид в продължение на 400 последователни дни, съхранявайки около 26 милиграма CO2 на грам материал под формата на карбонатни отлагания. Тази скорост е високоефективна и значително по-висока от други форми на биологично абсорбиране на въглероден диоксид, казват учените.

Все по-яркозеленият цвят на материала показва, че той съхранява CO2 като биомаса. Но цианобактериите могат да растат само до определено количество и междувременно скоростта, с която въглеродът се е съхранявал вътре в бактериалните клетки, се е стабилизирала след около 30 дни. Това означава, че улавянето на въглерод като биомаса се забавя след този период, но не спира.

Основата на новия материал е 3D-принтиран хидрогел с високо съдържание на вода, съставен от омрежени молекули. Изследователите са избрали порест хидрогел и са отгледали в него цианобактерии, като са се уверили, че е достатъчно пропит със светлина, вода и CO2. След това екипът е тествал различни форми на хидрогела, за да определи коя е най-подходяща за оцеляване на цианобактериите.

„Цианобактериите са едни от най-старите форми на живот в света. Те са много ефективни при фотосинтезата и могат да използват дори най-слабата светлина, за да произвеждат биомаса от CO2 и вода“ — казва съавторът на изследването Ифан Цуй.

В проучването учените потапят хидрогеловете в симулирана морска вода, за да осигурят необходимите хранителни вещества за отлагането на минерали. Изобретателите в момента се нуждаят от допълнителни изследвания, за да определят как тези хранителни вещества, по-специално калций и магнезий, могат да бъдат включени в материала, който ще покрие къщата.

В същото време изследователите експериментират с различни форми, които „живият“ материал може да приеме. На архитектурна изложба във Венеция екипът го представи като два обекта, наподобяващи дървесни стволове. Всеки от тях може да абсорбира около 18 килограма CO2 годишно: колкото 20-годишен бор.

Учените отбелязват, че цианобактериите могат да бъдат генетично модифицирани, за да се увеличи скоростта им на фотосинтеза, преди да бъдат вградени в материала.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Nature Communications.