Levende Gebouwen: Bacteriënbeton voor Schonere Steden

Een team van ingenieurs van de prestigieuze universiteit ETH Zürich heeft een nieuwe constructiemethode geïntroduceerd die fotosynthetische bacteriën gebruikt om koolstofemissies te verminderen en de structurele sterkte van beton te verbeteren. De levende architectuur zou een ingrijpende impact kunnen hebben op toekomstige gebouwontwerpen. Hier is wat u moet weten.

Koolstofdioxide

Koolstofdioxide is een van de belangrijkste broeikasgassen die bijdragen aan klimaatverandering. Deze chemische verbinding kan onherstelbare schade veroorzaken aan de ozonlaag, lokale ecosystemen en uw gezondheid op de lange termijn. Wanneer CO2-niveaus onbeheerd blijven, kan dit leiden tot catastrofale veranderingen, zoals het veranderen van de pH-waarde van de oceanen.

CO2-verwijdering is een grote business

Al deze zorgen hebben ertoe geleid dat de wereld een gezamenlijke inspanning levert om CO2 uit de atmosfeer te verminderen en te verwijderen waar mogelijk. Tot nu toe hebben ingenieurs verschillende methoden ontwikkeld om deze taak te volbrengen. Van speciale filters tot materialen die de chemische stof omzetten in andere, minder schadelijke mineralen, er is geen gebrek aan originaliteit.
Concepten zoals directe luchtvangstsystemen en herbebossing proberen koolstof rechtstreeks uit de lucht te verwijderen. Deze benaderingen hebben hun effectiviteit bewezen. Ze zijn echter duur en niet gemakkelijk op te schalen om te voldoen aan de wereldwijde vraag naar deze diensten. Met het besef van deze beperkingen zocht een team wetenschappers naar een manier om CO2-afvang te integreren in het dagelijks leven zonder belemmeringen.

Levende Architectuur Studie

De Dual carbon sequestration with photosynthetic living materials studie¹, recent gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, belicht het gebruik van bacteriën gemengd in beton van constructiekwaliteit om CO2 af te vangen. Om deze taak te volbrengen, gebruiken de ingenieurs een van de oudste levensvormen ter wereld, fotosynthetische cyanobacteriën.

Deze bacterie is in staat tot fotosynthese, waardoor CO2 uit de lucht wordt verwijderd, zonder de stabiliteit of sterkte van het beton in gevaar te brengen. In die zin voorziet het team een toekomst waarin stadsblokken autonoom de lucht kunnen zuiveren via hun gebouwen. Deze gebouwen kunnen CO2 direct sequestreren en opslaan, waardoor kosten worden verlaagd en de luchtkwaliteit aanzienlijk verbetert.

Het bacteriële betonsmengsel creëert een levend materiaal dat groeit en sterker wordt naarmate het meer CO2 absorbeert tijdens fotosynthese. Indrukwekkend is dat het actief CO2 opneemt en omzet in biomassa en koolstofhoudende mineralen zonder dat er elektriciteit of aparte installaties nodig zijn.

Verandering van de Chemische Omgeving

De ingenieurs merkten op dat zodra de bacteriën beginnen met het afzuigen en opslaan van CO2 in het gebied, dit de lokale omgeving positief zal veranderen. De verminderde koolstofvoetafdruk zal de groei van vaste carbonaten bevorderen, die uitstekend CO2 absorberen, waardoor een natuurlijke CO2-reductiecyclus ontstaat.

Hydrogel

Als onderdeel van hun aanpak hebben de onderzoekers een printbare gel ontwikkeld om hun bacteriën te leveren. Het hydrogel levert het vocht dat nodig is om bacteriële groei te bevorderen. Het integreert ook kruisgekoppelde polymeren die geoptimaliseerd zijn voor duurzaamheid en fotosynthese. Specifiek gebruikten de ingenieurs speciale geometrische vormen om de lichtpenetratie te maximaliseren en de voedingsstroom naar de bacteriën te verbeteren.

3D-printbaar

Interessant is dat het hydrogel 3D-printbaar is, wat de integratie vergemakkelijkt. De ingenieurs printen het hydrogel met ingesprongen bacteriën als eerste stap. In deze fase is het hydrogel zacht en kan het in krappe ruimtes passen. Na de eerste 30 dagen fotosynthese kan de geprinte bacterie zichzelf ondersteunen. Naarmate de tijd verstrijkt, wordt het stijver en duurzamer, waarbij het atmosferische CO2 wordt gebruikt om deze verandering van binnen naar buiten te stimuleren.

Testen van het Levendige Architectuurconcept

De wetenschapper voerde verschillende laboratoriumtests uit om te verzekeren dat hun concepten accuraat waren. Ze 3D-printten een kleine vorm en monitoren de activiteit en groei gedurende 400 dagen. Het team was erop gericht cruciale aspecten te registreren, zoals de voedingsstroom naar de bacteriën en hoe het hydrogel standhield.

Resultaten van de Levende Architectuurtest

De testresultaten toonden aan dat het levende materiaal CO₂ langer dan een jaar kan sequestreren zonder energiebehoefte. Het team merkte op dat hun apparaat met succes CO2 gedurende 400 dagen heeft geëxtraheerd, wat resulteerde in een indrukwekkend tempo van 26 milligram CO2 per gram materiaal.
De test onthulde dat de CO2 wordt opgevangen en omgezet in mineralen. Deze mineralen worden vervolgens in het materiaal afgezet, waardoor de kern wordt versterkt en het mechanisch wordt verstevigd. Opmerkelijk is dat het team registreerde dat het hydrogel de cellen succesvol liet verspreiden binnen het materiaal en CO2 zonder incidenten kon opvangen.

Voordelen van de Levende Architectuurstudie

Aspect	Traditional Concrete	Living Bacterial Concrete
CO₂-afvang	Geen	Ja (via fotosynthese)
Structurele Sterkte	Statisch	Verbeterd na verloop van tijd
Energiebehoefte	Geen	Passief zonlicht & water
Duurzaamheid	Hoog	Versterkt naarmate CO₂ wordt omgezet in mineralen
Kosten	Bestaand	Opkomende technologie, nog te bepalen

Er zijn veel voordelen die het bouwen met levende materialen de wereld kan bieden. Ten eerste kan deze technologie een ingrijpend effect hebben op de stedelijke luchtkwaliteit. Bij het beoordelen van de luchtkwaliteit wereldwijd is het duidelijk dat dichtbevolkte gebieden de slechtste luchtkwaliteit hebben.
Dit probleem ontstaat door verschillende factoren, waaronder meer mensen gelijk aan meer vervuiling, en meer gebouwen betekenen veel minder bomen die op natuurlijke wijze CO2 uit het milieu verwijderen. Deze strategie helpt dit probleem op te lossen zonder dat mensen terug moeten naar houten hutten.

Duurzaam

Duurzaamheid is een van de grootste voordelen die deze technologie op de markt brengt. Het versterken van het gebruikte beton is een slim idee dat de infrastructuurkosten zal verlagen en de duurzaamheid zal verbeteren. Bovendien vereist deze milieuvriendelijke optie geen elektriciteit van het net om te functioneren. De bacteriën hebben slechts een minimale hoeveelheid zonlicht, water en CO2 nodig om fotosynthese te starten.

Veelzijdigheid

Een ander belangrijk voordeel van deze aanpak is veelzijdigheid. De 3D-geprinte materialen kunnen worden gevormd of passen in bijna elk ontwerp, waardoor integratie in toekomstige gebouwen eenvoudiger wordt. In combinatie met technologieën zoals 3D-geprinte huisvestingssystemen, is het gemakkelijk een wereld voor te stellen waarin huizen in dagen worden geprint en een cruciale rol spelen in het veilig houden van het ecosysteem.

Efficiëntie

Geen enkel ander direct luchtkoolstofvangst systeem kan de efficiëntie evenaren van het gebruik van bacteriën om verontreinigende stoffen te verwijderen. Deze natuurlijke oplossingen distribueren passief voedingsvloeistof door het lichaam via capillaire krachten, waardoor pompen, motoren, batterijen en alle andere dure componenten van directe vangstmethode overbodig worden.

Toepassingen in de Praktijk

Er is een lange lijst van praktische toepassingen voor deze technologie. U kunt verwachten dat het aanvankelijk wordt gebruikt in bouwprojecten. Het is gemakkelijk een stad voor te stellen waarin gebouwen continu de lucht van verontreinigende stoffen zuiveren. Deze groene metropool zou helpen klimaatverandering te voorkomen en duurzaamheid op een nieuw niveau te bevorderen.

Tijdlijn van de Levende Architectuur

De ingenieurs willen graag dat levend beton binnen de komende 10 jaar in gebruik wordt genomen. Ze kunnen hun wens echter veel eerder vervullen, aangezien de VN CO2-reductiedoelstellingen heeft vastgesteld om klimaatverandering te beperken. Nu zal het team experimenten uitvoeren op het beton om te verzekeren dat het geschikt is voor grootschalige bouwtoepassingen en meer.

Onderzoekers van de Levende Architectuurstudie

ETH-ingenieurs leidden de studie over leefbare architectuur. Het artikel vermeldt Dalia Dranseike, Yifan Cui en Mark W. Tibbitt als de belangrijkste auteurs. Ze kregen steun van een team wetenschappers, waaronder Andrea S. Ling, Felix Donat, Stéphane Bernhard, Margherita Bernero, Akhil Areeckal, Marco Lazic, Xiao-Hua Qin, John S. Oakey, Benjamin Dillenburger en André R. Studart.

Toekomst van de Levende Architectuur

De toekomst van levende architectuur zal afhangen van enkele cruciale factoren. Het team heeft hun levende beton al gedemonstreerd op de Architectuur Biennale in Venetië. Daar onthulde het team twee boomachtige 3D-geprinte structuren die in staat waren 18 kg CO2 per jaar uit de atmosfeer te verwijderen. Indrukwekkend is dat dit CO2-opvangtempo gelijkstaat aan dat van een 20 jaar oude dennenboom.

Investeren in de CO2-afvangmarkt

De CO2-afvangmarkt heeft een aanzienlijke impuls gekregen door wereldwijde wetgeving die zich richt op vervuilers. Bedrijven kunnen nu belastingkredieten ontvangen voor het verminderen van hun CO2-productie of boetes betalen voor het niet voldoen aan nieuwe normen. Gedurende deze veranderingen hebben sommige bedrijven hun positie als toonaangevende aanbieders van CO2-afvangsystemen weten te behouden. Hier is een bedrijf dat blijft bouwen op zijn reputatie voor het leveren van kwaliteitsservice.

Bloom Energy

Dr. K.R. Sridhar lanceerde Bloom Energy (BE ) in 2002. Destijds heette het bedrijf Ion America. Een van de eerste taken van Ion America was om met NASA samen te werken aan een elektrochemische cel die de Marsrover in staat stelde energie te genereren nadat hij op de rode planeet landde.

Het bedrijf veranderde kort na de voltooiing van de samenwerking met NASA zijn naam in Bloom Energy. Het was toen dat het bedrijf besloot dit werk uit te breiden tot het creëren van hoogpresterende CO2-afvang-, brandstofcel- en warmteafvangsystemen.
Het solid-oxide brandstofcelsysteem van Bloom Energy hergebruikt water en waterstof uit de uitlaat van de brandstofcel. Vervolgens scheidt het systeem CO2 en sequestrert het in mineralen die ondergronds worden begraven. Ze onderzochten ook het gebruik van het mineraal voor industriële toepassingen en meer. Wie blootstelling aan de CO2-afvangmarkt zoekt, zou meer onderzoek moeten doen naar de aankomende aanbiedingen van Bloom Energy.

Laatste Bloom Energy (BE) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

CO2-afvang met Levende Architectuur

Het idee om gebouwen te gebruiken om koolstofdioxide af te vangen is logisch. Steden en fabrieken, die tot de grootste vervuilers behoren, hebben één gemeenschappelijk kenmerk: ze gebruiken veel beton, waardoor ze in de toekomst ideale kandidaten zijn voor levende architectuur. Voor nu is het doel om het publiek te informeren en strategische partnerschappen veilig te stellen om dit baanbrekende concept op de markt te brengen.

Leer meer over andere coole duurzaamheidsprojecten hier.

Gerefereerde Studies:

^{1. Dranseike, D., Cui, Y., Ling, A.S. et al. Dual carbon sequestration with photosynthetic living materials. Nat Commun 16, 3832 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58761-y}