Elävät rakennukset: Bakteerikongruutti puhtaampiin kaupunkeihin

ETH Zürichin tutkijat ovat kehittäneet 3D-tulostettavan, syanobakteereja sisältävän elävän materiaalin, joka sitoo hiilidioksidia. Nature Communications -lehdessä julkaistu tutkimus koskee vettä sisältävää polymeerihydrogeeliä, ei tavalliseen rakennebetoniin sekoitettuja bakteereja. Materiaalia on tutkittu laboratoriossa ja esitelty arkkitehtonisina installaatioina; sen soveltuvuutta rakennusten kantavaksi osaksi ei ole osoitettu.

Kaksi tapaa sitoa hiiltä

Materiaalin syanobakteerit käyttävät valoa yhteyttämiseen ja sitovat hiiltä biomassaan. Lisäksi ne edistävät liukenemattomien karbonaattimineraalien muodostumista. Mineraali voi varastoida hiiltä biomassaa pysyvämmin ja jäykistää hydrogeeliä. Tämä kaksivaiheinen sidonta erottaa menetelmän pelkästä levien kasvattamisesta.

Miten elävä materiaali valmistettiin?

Tutkijat sijoittivat Synechococcus PCC 7002 -syanobakteerit tulostettavaan Pluronic F-127 -pohjaiseen hydrogeeliin. Tulostetun muodon on päästettävä valoa sisään ja ravinteita soluille; geeli vakautettiin valolla. Kokeissa materiaalia kasvatettiin merivettä jäljittelevässä liuoksessa, jossa oli karbonaatin muodostumiseen tarvittavia ioneja. Se ei siis toimi ilman vettä, valoa tai ylläpitoa kaikissa ympäristöissä.

Mitä mitattiin?

Julkaistussa tutkimuksessa hiilidioksidia sitoutui 30 päivän aikana keskimäärin 2,2 ± 0,9 milligrammaa hydrogeeligramaa kohti ja 400 päivän aikana 26 ± 7 milligrammaa hydrogeeligramaa kohti. Bakteerit pysyivät elossa yli vuoden koejärjestelyssä. Luvut ovat materiaalin laboratorioarvoja, eivät todiste kokonaisen rakennuksen nettonegatiivisista päästöistä.

Venetsian arkkitehtuuribiennaalissa esiteltiin kaksi puunrunkoa muistuttavaa, tulostetuista osista koottua rakennetta. ETH Zürichin mukaan kumpikin voisi sitoa jopa 18 kilogrammaa CO₂:ta vuodessa sopivissa olosuhteissa. Kyse on arvioidusta kyvystä, ei pitkäaikaisesta mittauksesta käytössä olevassa rakennuksessa. Installaatio vaati päivittäistä seurantaa ja ylläpitoa.

Mahdollisuudet ja rajoitukset

Elävä hydrogeeli voi tulevaisuudessa täydentää rakennusten pintoja tai muita hiilensidontaratkaisuja. Ennen laajaa käyttöä on tutkittava materiaalin kesto, huolto, vedenkulutus, rakenteellinen turvallisuus ja koko elinkaaren päästöt. Tutkimus ei osoita, että hydrogeeli korvaisi betonin, poistaisi kaupunkien päästöongelman tai sitoisi hiiltä tehokkaammin kuin kaikki muut menetelmät.

Bloom Energy toimii energia-alalla, mutta sitä ei mainita tämän ETH:n elävää materiaalia koskevan tutkimuksen kehittäjänä. Tutkimuksesta ei voi suoraan päätellä yhtiön tulevia tuloja tai osakkeen arvoa.

Yhteenveto

3D-tulostettu syanobakteerihydrogeeli sitoi hiiltä sekä biomassaan että mineraaleihin yli vuoden kestäneessä koejärjestelyssä. Rakennuskäyttö on vielä tutkimus- ja demonstraatiovaiheessa.