Ερευνητές δημιούργησαν «ζωντανό υλικό» που δεσμεύει το διοξείδιο του άνθρακα

Μια καινοτομία που θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα στον τομέα των οικοδομικών υλικών και της περιβαλλοντικής τεχνολογίας παρουσίασε πρόσφατα ομάδα ερευνητών από το ETH Zurich. Η ομάδα ανέπτυξε ένα νέο είδος ζωντανού υλικού, το οποίο όχι μόνο είναι σε θέση να «αναπνέει» αλλά και να δεσμεύει ενεργά το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) από την ατμόσφαιρα. Το υλικό ενσωματώνει κυανοβακτήρια, φωτοσυνθετικά μικρόβια που βρίσκονται μεταξύ των αρχαιότερων μορφών ζωής στη Γη, σε ένα τζελ εκτυπώσιμο σε τρισδιάστατη μορφή.

Το αποτέλεσμα αυτής της διεπιστημονικής προσέγγισης, το οποίο δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Nature Communications, είναι ένα υλικό που είναι ζωντανό, αναπτύσσεται, και έχει διπλή δυνατότητα δέσμευσης άνθρακα. Συγκεκριμένα, αποθηκεύει CO₂ τόσο μέσω της δημιουργίας βιομάζας όσο και με τη μορφή ανόργανων ενώσεων, όπως είναι τα ανθρακικά άλατα, μια ιδιότητα που καθιστά την αποθήκευση πιο σταθερή και μακροχρόνια.

Το νέο αυτό υλικό μπορεί να πάρει διάφορες μορφές μέσω 3D εκτύπωσης και απαιτεί μόνο φως, τεχνητό θαλασσινό νερό και CO₂ για να αναπτυχθεί. Σύμφωνα με τους ερευνητές, στο μέλλον μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέρος των ίδιων των κτιρίων, ενσωματώνοντας μια λειτουργία παθητικής δέσμευσης άνθρακα στην ίδια την υποδομή.

Η βασική καινοτομία έγκειται στην ικανότητα των κυανοβακτηρίων όχι μόνο να δεσμεύουν CO₂ για την παραγωγή οργανικής ύλης, αλλά και να μεταβάλλουν το χημικό περιβάλλον γύρω τους έτσι ώστε να σχηματίζονται στερεά ανθρακικά άλατα όπως ασβέστης. Οι ερευνητές αξιοποίησαν αυτή τη διαδικασία ώστε τα ορυκτά να εναποτίθενται στο εσωτερικό του υλικού, ενισχύοντάς το μηχανικά με την πάροδο του χρόνου. Έτσι, το αρχικά μαλακό υλικό σκληραίνει σταδιακά, αποκτώντας δομική σταθερότητα.

Σε δοκιμές που διήρκεσαν 400 ημέρες, το υλικό συνέχισε να δεσμεύει CO₂, με την πλειοψηφία της αποθήκευσης να γίνεται σε ανόργανη μορφή – περίπου 26 χιλιοστόγραμμα CO₂ ανά γραμμάριο υλικού. Πρόκειται για απόδοση πολλαπλάσια εκείνης άλλων βιολογικών μεθόδων και συγκρίσιμη με τη χημική αποθήκευση άνθρακα που χρησιμοποιείται στον ανακυκλωμένο σκυρόδεμα.

Ο φορέας των ζωντανών κυττάρων είναι ένα υδροτζέλ, ένα πολυμερές υλικό πλούσιο σε νερό, σχεδιασμένο ώστε να επιτρέπει τη μεταφορά φωτός, CO₂ και θρεπτικών συστατικών. Με αυτόν τον τρόπο, τα κυανοβακτήρια διατηρούνται ζωντανά και ενεργά εντός του υλικού για παρατεταμένο χρονικό διάστημα. Για να μεγιστοποιήσουν την αποδοτικότητα, οι ερευνητές βελτιστοποίησαν επίσης τη γεωμετρία των εκτυπωμένων δομών, αυξάνοντας την επιφάνεια έκθεσης στο φως και διευκολύνοντας την κατανομή των θρεπτικών ουσιών μέσω τριχοειδών φαινομένων.

Η Dalia Dranseike, συν-συγγραφέας της μελέτης, τόνισε πως ο σχεδιασμός αυτός επέτρεψε στα κυανοβακτήρια να παραμείνουν παραγωγικά για περισσότερο από ένα έτος, γεγονός που αποδεικνύει την ανθεκτικότητα και τη βιωσιμότητα του συστήματος.

Το νέο υλικό αναμένεται να αποτελέσει μία φιλική προς το περιβάλλον και ενεργειακά αποδοτική προσέγγιση για τη δέσμευση του CO₂ από την ατμόσφαιρα, συμπληρώνοντας τις υπάρχουσες χημικές μεθόδους. Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει στο μέλλον να διερευνήσει πώς αυτό το υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επικάλυψη σε προσόψεις κτιρίων, προσφέροντας έτσι μία συνεχή απορρόφηση CO₂ καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής ενός κτιρίου.

Ήδη, η ιδέα έχει περάσει από τα εργαστήρια στις πρώτες πρακτικές εφαρμογές. Στο πλαίσιο της Μπιενάλε Αρχιτεκτονικής της Βενετίας, η εγκατάσταση Picoplanktonics παρουσιάζει εκτυπωμένες κατασκευές από το εν λόγω υλικό, σε σχήμα κορμών δέντρων ύψους έως και τριών μέτρων. Αυτές οι ζωντανές κατασκευές μπορούν να δεσμεύουν έως και 18 κιλά CO₂ τον χρόνο, ποσότητα αντίστοιχη με την ετήσια απορρόφηση ενός πεύκου 20 ετών.

Στο Triennale di Milano, ένα άλλο έργο με τίτλο Dafne's Skin εξερευνά τη δυναμική των ζωντανών υλικών για την επικάλυψη κτιρίων. Μικροοργανισμοί αναπτύσσονται σε ξύλινα κεραμίδια, δημιουργώντας μία πράσινη πατίνα που μετατρέπει τη φθορά του υλικού σε αισθητικό και λειτουργικό στοιχείο.

Το ζωντανό αυτό υλικό αποτελεί προϊόν της πρωτοβουλίας ALIVE (Advanced Engineering with Living Materials) του ETH Zurich, η οποία προάγει τη συνεργασία ανάμεσα σε αρχιτέκτονες, βιολόγους, μηχανικούς και υλικούς επιστήμονες με στόχο την ανάπτυξη νέων βιοϋλικών για ένα πιο βιώσιμο μέλλον.

[via]