Lebende Gebäude: Bakterienbeton für sauberere Städte

Forschende der ETH Zürich haben ein 3D-druckbares, lebendes Material mit Cyanobakterien entwickelt, das Kohlendioxid bindet. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie untersucht ein wasserhaltiges Polymer-Hydrogel und keinen gewöhnlichen Beton, dem Bakterien beigemischt wurden. Das Material wurde im Labor getestet und in Architekturinstallationen gezeigt; seine Eignung als tragender Bauteil eines Gebäudes wurde nicht nachgewiesen.

Zwei Wege der Kohlenstoffbindung

Die Cyanobakterien nutzen Licht für die Fotosynthese und speichern Kohlenstoff in Biomasse. Außerdem fördern sie die Bildung unlöslicher Karbonatminerale. Das Mineral kann Kohlenstoff stabiler binden als Biomasse und das Hydrogel versteifen. Diese Kombination unterscheidet den Ansatz vom bloßen Wachstum von Algen oder Bakterien.

Herstellung des lebenden Materials

Das Team bettete Synechococcus PCC 7002 in ein druckbares Hydrogel auf Basis von Pluronic F-127 ein. Die gedruckte Form muss Licht und Nährstoffe zu den Zellen gelangen lassen; das Gel wurde mit Licht vernetzt. In den Versuchen wuchs das Material in einer Lösung, die Meerwasser nachahmt und Ionen für die Karbonatbildung enthält. Es funktioniert also nicht unter beliebigen Bedingungen ohne Wasser, Licht oder Pflege.

Gemessene Ergebnisse

Laut Studie wurden in 30 Tagen 2,2 ± 0,9 Milligramm CO₂ pro Gramm Hydrogelmaterial gebunden; über 400 Tage waren es 26 ± 7 Milligramm pro Gramm. Die Bakterien blieben unter den Versuchsbedingungen länger als ein Jahr aktiv. Diese Laborwerte belegen keine negative Netto-Klimabilanz eines vollständigen Gebäudes.

Bei der Architekturbiennale in Venedig wurden zwei baumstammähnliche Strukturen aus gedruckten Elementen präsentiert. Nach Angaben der ETH Zürich könnte jede unter geeigneten Bedingungen bis zu 18 Kilogramm CO₂ pro Jahr binden. Das ist eine mögliche Leistung, keine Langzeitmessung an einem genutzten Gebäude. Die Installation wurde täglich überwacht und gewartet.

Chancen und Grenzen

Das lebende Hydrogel könnte künftig an Gebäudeoberflächen oder als Ergänzung anderer Verfahren zur Kohlenstoffbindung eingesetzt werden. Zuvor sind Haltbarkeit, Wartung, Wasserbedarf, bauliche Sicherheit und die gesamte Klimabilanz zu prüfen. Die Studie zeigt weder einen Ersatz für tragenden Beton noch eine Lösung für sämtliche Emissionen einer Stadt und auch keinen belegten Effizienzvorsprung gegenüber allen anderen Verfahren.

Bloom Energy ist im Energiesektor tätig, wird aber nicht als Entwickler dieses ETH-Materials genannt. Aus dem Forschungsprojekt lässt sich kein direkter Schluss auf Umsatz oder Aktienkurs des Unternehmens ziehen.

Fazit

Das gedruckte Cyanobakterien-Hydrogel band Kohlenstoff sowohl in Biomasse als auch in Mineralen und blieb im Versuch über ein Jahr aktiv. Die Anwendung in Gebäuden befindet sich weiterhin im Forschungs- und Demonstrationsstadium.