Levande byggnader: Bakteriekonkretion för renare städer

Ett team av ingenjörer från det prestigefyllda universitetet ETH Zürich har introducerat en ny byggmetod som använder fotosyntetiska bakterier för att minska koldioxidutsläpp och stärka betongens strukturella stöd. Den levande arkitekturen kan få en genomslagande inverkan på framtida byggnadsdesigner. Här är vad du behöver veta.

Koldioxid

Koldioxid är en av de främsta växthusgaserna som bidrar till klimatförändringarna. Denna kemiska förening kan orsaka oåterkallelig skada på ozonskiktet, lokala ekosystem och din hälsa över tid. När CO₂-nivåerna lämnas utan kontroll kan det leda till katastrofala förändringar, såsom förändring av havens pH.

CO₂‑borttagning är en stor affär

Alla dessa bekymmer har lett världen till att göra en gemensam insats för att minska och avlägsna CO₂ från atmosfären när det är möjligt. Hittills har ingenjörer skapat en rad olika metoder för att uppnå detta. Från speciella filter till material som omvandlar kemikalien till andra, mindre skadliga mineraler, har kreativiteten flödat fritt.

Koncept som direktluftinfångningssystem och återplantering syftar till att ta bort kol från luften direkt. Dessa metoder har visat sig vara effektiva. De är dock dyra och svåra att skala upp för att möta den globala efterfrågan på dessa tjänster. Med tanke på dessa begränsningar sökte ett team av forskare efter ett sätt att integrera CO₂‑infångning i vardagen utan att hindra den.

Studie om levande arkitektur

Studien Dual carbon sequestration with photosynthetic living materials¹, nyligen publicerad i tidskriften Nature Communications, belyser användningen av bakterier blandade i byggnadsklassad betong för att fånga CO₂. För att utföra detta använder ingenjörerna en av världens äldsta livsformer, fotosyntetiska cyanobakterier.

Denna bakterie kan utföra fotosyntes, vilket tar bort CO₂ från luften, utan att kompromissa med betongens stabilitet eller styrka. På så sätt föreställer sig teamet en framtid där stadsblock autonomt kan rena luften via sina byggnader. Dessa byggnader kan binda och lagra CO₂ direkt, vilket minskar kostnader och förbättrar luftkvaliteten avsevärt.

Source – Valentina Mori Biennale di Venezia

Den bakteriella betongblandningen skapar ett levande material som växer och blir starkare när det absorberar mer CO₂ under fotosyntesen. Imponerande nog absorberar det aktivt CO₂ och omvandlar det till biomassa och karbonat‑innehållande mineraler utan någon elektricitet eller separata installationer.

Ändring av den kemiska miljön

Ingenjörerna noterade att när bakterierna börjar suga upp och lagra CO₂ i området, kommer det att förändra den lokala miljön positivt. Det minskade koldioxidavtrycket kommer att främja tillväxten av fasta karbonater, som är utmärkta på att absorbera CO₂, och skapa en naturlig CO₂‑reduktionscykel.

Hydrogel

Som en del av deras metod skapade forskarna ett utskrivbart gel för att leverera bakterierna. Hydrogelen ger den fukt som behövs för att främja bakteriell tillväxt. Den integrerar också tvärbundna polymerer optimerade för hållbarhet och fotosyntes. Specifikt använde ingenjörerna speciella geometriska former för att maximera ljusgenomsläpp och förbättra näringsflödet till bakterierna.

3D‑utskrivbar

Intressant nog är hydrogelen 3D‑utskrivbar, vilket underlättar integrationen. Ingenjörerna skriver ut hydrogelen med bakterier som första steg. I detta skede är hydrogelen mjuk och kan passa i trånga utrymmen. Efter de första 30 dagarna av fotosyntes kan de utskrivna bakterierna stödja sig själva. Med tiden blir den mer stel och hållbar, och utnyttjar atmosfärisk CO₂ för att driva denna förändring från insidan och ut.

Testning av konceptet levande arkitektur

Forskaren genomförde flera laboratorietester för att säkerställa att deras koncept var korrekta. De 3D‑skrev en liten form och övervakade dess aktivitet och tillväxt under 400 dagar. Teamet var noga med att registrera viktiga aspekter som näringsflöde till bakterierna och hur hydrogelen höll sig.

Resultat från tester av levande arkitektur

Testresultaten visade att det levande materialet kan binda CO₂ i mer än ett år utan någon energiförbrukning. Teamet noterade att deras anordning framgångsrikt extraherade CO₂ i 400 dagar, med en imponerande hastighet på 26 milligram CO₂ per gram material.

Testet avslöjade att CO₂ fångas och omvandlas till mineraler. Dessa mineraler deponeras sedan inuti materialet, vilket stärker dess kärna och ger mekanisk förstärkning. Noterbart är att teamet registrerade att hydrogelen framgångsrikt lät cellerna sprida sig inom materialet och fånga CO₂ utan problem.

Fördelar med studien om levande arkitektur

Det finns många fördelar som byggande med levande material kan ge världen. För det första kan denna teknik ha en genomslagande effekt på stadens luftkvalitet. När man granskar luftkvaliteten globalt är det tydligt att områden med hög befolkningstäthet har den sämst luftkvalitet.

Problemet beror på flera faktorer, inklusive att fler människor innebär mer förorening, och fler byggnader betyder färre träd som naturligt kan ta bort CO₂ från miljön. Denna strategi hjälper till att lösa problemet utan att människor måste flytta tillbaka till trähus.

Hållbar

Hållbarhet är en av de största fördelarna som denna teknik erbjuder marknaden. Att stärka betongen som används för byggnation är en smart idé som minskar infrastrukturkostnader och förbättrar hållbarheten. Dessutom kräver detta miljövänliga alternativ ingen elektricitet från elnätet för att fungera. Bakterierna behöver bara en minimal mängd solljus, vatten och CO₂ för att påbörja fotosyntesen.

Mångsidig

En annan stor fördel med detta tillvägagångssätt är dess mångsidighet. De 3D‑utskrivna materialen kan formas eller anpassas till nästan vilken design som helst, vilket underlättar integration i framtida byggnader. När de kombineras med tekniker som 3D‑utskrivna bostadssystem är det lätt att föreställa sig en värld där hus skrivs ut på dagar och spelar en avgörande roll för att hålla ekosystemet säkert.

Effektiv

Inget annat direkt luft‑koldioxidinfångningssystem kan matcha effektiviteten hos bakterier som tar bort föroreningar. Dessa naturliga lösningar distribuerar passivt näringsvätska genom materialet via kapillärkrafter, vilket eliminerar behovet av pumpar, motorer, batterier och alla andra komponenter som gör direkta infångningsmetoder dyra.

Verkliga tillämpningar

Det finns en lång lista med verkliga tillämpningar för denna teknik. Man kan förvänta sig att den initialt används i byggprojekt. Det är lätt att föreställa sig en stad där byggnader kontinuerligt skrubbar luften från föroreningar. Denna gröna metropol skulle hjälpa till att förhindra klimatförändringar och främja hållbarhet på en ny nivå.

Tidslinje för levande arkitektur

Ingenjörerna vill se levande betong i bruk inom de kommande tio åren. De kan dock få sin önskan uppfylld mycket tidigare eftersom FN har satt mål för CO₂‑reduktion för att motverka klimatförändringar. Nu kommer teamet att genomföra experiment på betongen för att säkerställa att den är lämplig för storskaliga byggapplikationer och mer.

Forskarna bakom studien om levande arkitektur

ETH‑ingenjörer ledde studien om levande arkitektur. Artikeln listar Dalia Dranseike, Yifan Cui och Mark W. Tibbitt som huvudförfattare. De fick stöd av ett team av forskare, inklusive Andrea S. Ling, Felix Donat, Stéphane Bernhard, Margherita Bernero, Akhil Areeckal, Marco Lazic, Xiao‑Hua Qin, John S. Oakey, Benjamin Dillenburger och André R. Studart.

Framtiden för levande arkitektur

Framtiden för levande arkitektur kommer att bero på några nyckelfaktorer. Gruppen har redan demonstrerat sin levande betong på arkitektur‑biennalen i Venedig. Där visade teamet två trädliknande 3D‑utskrivna strukturer som kunde avlägsna 18 kg CO₂ per år från atmosfären. Imponerande nog motsvarar denna CO₂‑infångningshastighet en 20‑årig tall.

Investering i marknaden för koldioxidinfångning

Marknaden för CO₂‑infångning har fått en betydande skjuts tack vare globala lagar som riktar sig mot förorenare. Företag kan nu få skatteincitament för att minska sin CO₂‑produktion eller betala böter för att inte uppfylla nya standarder. Under dessa förändringar har vissa företag lyckats säkra sin plats som ledande leverantörer av CO₂‑infångningssystem. Här är ett företag som fortsätter att bygga på sitt rykte för att leverera kvalitetstjänster.

Bloom Energy

Dr. K.R. Sridhar lanserade Bloom Energy (BE ) år 2002. På den tiden hette företaget Ion America. En av Ion Americas första uppdrag var att samarbeta med NASA för att skapa en elektrokemisk cell som skulle möjliggöra att Mars‑rovern kunde producera energi efter att den landat på den röda planeten.

Företaget bytte namn till Bloom Energy kort efter att samarbetet med NASA avslutades. Det var då företaget bestämde sig för att bygga vidare på detta arbete för att skapa högpresterande system för koldioxidinfångning, bränsleceller och värmeåtervinning.

Bloom Energys fast‑oxid‑bränslecellssystem återanvänder vatten och väte från bränslecellens utsläpp. Därefter separerar systemet CO₂ och binder det i mineraler som begravs under jord. De har också undersökt att använda mineralerna för industriella tillämpningar och mer. De som söker exponering mot CO₂‑infångningsmarknaden bör göra ytterligare research kring Bloom Energys kommande erbjudanden.

Senaste nyheter och utveckling för Bloom Energy (BE) aktie

Koldioxidinfångning med levande arkitektur

Idén att använda byggnader för att fånga koldioxid är logisk. Städer och fabriker, som är några av de största förorenarna, har en sak gemensamt – de använder stora mängder betong, vilket gör dem till ideala kandidater för levande arkitektur i framtiden. För närvarande är målet att sprida budskapet till allmänheten och säkra strategiska partnerskap för att föra detta banbrytande koncept till marknaden.

Läs om andra häftiga hållbarhetsprojekt här.

Studier refererade:

^{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}