Ζωντανά, φωτοσυνθετικά υλικά κατασκευών: Μια πρωτοποριακή λύση για την καταπολέμηση του άνθρακα

Οι επιστήμονες έχουν κατασκευάσει ένα ζωντανό υλικό που δεσμεύει άνθρακα και το οποίο μπορεί να διαμορφωθεί με τρισδιάστατη εκτύπωση και να σκληρυνθεί με την πάροδο του χρόνου μέσω βιολογικής ανάπτυξης

 
Ο σύγχρονος δομημένος κόσμος αποτελεί μια σημαντική πηγή εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, κυρίως λόγω της παραγωγής υλικών όπως το τσιμέντο, ο χάλυβας και το πλαστικό. Ωστόσο, η επιστημονική κοινότητα εξερευνά νέες προσεγγίσεις για τη μείωση αυτού του αποτυπώματος, με μία από τις πιο συναρπαστικές να είναι η ανάπτυξη «ζωντανών» δομικών υλικών. Αυτά τα καινοτόμα υλικά έχουν τη δυνατότητα να απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, προσφέροντας μια πολλά υποσχόμενη λύση στο πρόβλημα της κλιματικής αλλαγής.

 
Προηγούμενες προσεγγίσεις και η νέα καινοτομία

Έχουν γίνει προηγούμενες προσπάθειες για τη δημιουργία ζωντανών δομικών υλικών, όπως τούβλα από άμμο, ζελατίνη και βακτήρια, μπογιές που απορροφούν άνθρακα με βακτήρια, ακόμη και αυτοεπιδιορθούμενο σκυρόδεμα που χρησιμοποιεί ένα ένζυμο για τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα και την παραγωγή ορυκτών.

Πρόσφατα, μια ομάδα από το ETH Ζυρίχης προχώρησε ένα βήμα παραπέρα, δημιουργώντας ένα ζωντανό υλικό που μπορεί να τρισδιάστατα εκτυπωθεί σε διάφορες μορφές.

Μέχρι στιγμής, οι ερευνητές έχουν κατασκευάσει ζωντανά υλικά που μοιάζουν με τούβλα αναμειγνύοντας άμμο, ζελατίνη και βακτήρια· μικτά βακτήρια σε χρώμα που απορροφά άνθρακα · ακόμη και αυτοεπιδιορθούμενο σκυρόδεμα που χρησιμοποιεί ένα ένζυμο για να δεσμεύει διοξείδιο του άνθρακα και να παράγει ορυκτά.

Αυτό το υλικό, βασισμένο σε γέλη, χρησιμοποιεί φωτοσυνθετικά βακτήρια για να παγιδεύει διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Το δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα αποθηκεύεται σε βιομάζα αλλά και σε μορφή ορυκτών, με το υλικό να αναπτύσσεται και να σκληραίνει με την πάροδο του χρόνου. Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά ικανό να συμβάλει άμεσα στην αποθήκευση διοξειδίου του άνθρακα στα κτίρια του μέλλοντος, σύμφωνα με τον Mark Tibbitt, καθηγητή μηχανικής μακρομορίων. Η έρευνα αυτή δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications .

 
Η τεχνολογία πίσω από το υλικό

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν κυανοβακτήρια, μερικές από τις αρχαιότερες μορφές ζωής στον κόσμο, ευρέως γνωστά ως μπλε-πράσινα φύκια λόγω του χρώματός τους. Αυτά τα βακτήρια απορροφούν φως και διοξείδιο του άνθρακα για να αναπτυχθούν και να δημιουργήσουν στερεά ορυκτά ανθρακικού ασβεστίου.

Η ομάδα διέσπασε αυτά τα βακτηριακά κύτταρα σε ένα υδρογέλη, μια πλούσια σε νερό γέλη από πολυμερή. Το δίκτυο πολυμερών επιτρέπει στο φως, το διοξείδιο του άνθρακα, το νερό και τα θρεπτικά συστατικά να περάσουν. Ο Tibbitt και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν την τεχνολογία 3D εκτύπωσης για να δημιουργήσουν διάφορες δομές από αυτή τη γέλη. Σχεδίασαν ψηφιακά δομές που μεγιστοποιούν την επιφάνεια, την έκθεση στο φως και τη ροή θρεπτικών συστατικών. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στα κυανοβακτήρια να παραμένουν ζωντανά και να αναπτύσσονται για πάνω από ένα χρόνο. Αρχικά, οι εκτυπωμένες δομές είναι μαλακές, αλλά καθώς τα βακτήρια αναπτύσσονται και σχηματίζουν ορυκτά ανθρακικά, οι δομές σκληραίνουν.

 
Αποτελέσματα και δυναμικό

Οι εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν ότι κάθε γραμμάριο του υλικού απορροφά περίπου 26 χιλιοστόγραμμα διοξειδίου του άνθρακα σε μια περίοδο 400 ημερών. Ως πρακτική επίδειξη, η ομάδα δημιούργησε επίσης ένα έκθεμα με δύο δομές που μοιάζουν με κορμούς δέντρων, οι οποίες μπορούν να δεσμεύσουν έως και 18 κιλά διοξειδίου του άνθρακα ετησίως, ποσότητα παρόμοια με την ετήσια ικανότητα δέσμευσης άνθρακα ενός πεύκου 20 ετών.

 
Στρατηγικό πλαίσιο και μελλοντικές προοπτικές

Αυτό το έργο εντάσσεται σε ένα ευρύτερο στρατηγικό πλαίσιο που στοχεύει στην ανάπτυξη βιώσιμων λύσεων για τον δομημένο χώρο, με έμφαση στη μείωση του ανθρακικού αποτυπώματος. Η ικανότητα του υλικού να 3D-εκτυπώνεται ανοίγει νέους δρόμους για την αρχιτεκτονική και την κατασκευή, επιτρέποντας τη δημιουργία σύνθετων και προσαρμοσμένων δομών με ενσωματωμένες δυνατότητες δέσμευσης άνθρακα.

Η σημαντική διάρκεια ζωής των κυανοβακτηρίων στο υλικό (πάνω από ένα έτος) και η ικανότητά τους να σκληραίνουν τις δομές μέσω της βιολογικής ανάπτυξης  υποδεικνύουν ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον για αυτά τα υλικά. Η σύγκριση της ικανότητας δέσμευσης άνθρακα του υλικού με αυτή ενός πεύκου  αναδεικνύει το περιβαλλοντικό όφελος και την κλίμακα της επίδρασης που θα μπορούσαν να έχουν αυτά τα υλικά σε ευρεία εφαρμογή.

Ωστόσο, είναι σημαντικό να αξιολογηθούν περαιτέρω η μακροπρόθεσμη σταθερότητα, η ανθεκτικότητα και η οικονομική βιωσιμότητα αυτών των υλικών σε πραγματικές συνθήκες κατασκευής. Η ενσωμάτωση ζωντανών οργανισμών σε δομικά υλικά εγείρει επίσης ερωτήματα σχετικά με τη συντήρηση, την αντοχή σε περιβαλλοντικούς παράγοντες και τις πιθανές βιολογικές επιπτώσεις.

…

Η ανάπτυξη αυτών των ζωντανών, φωτοσυνθετικών και «διψασμένων για άνθρακα» δομικών υλικών αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην προσπάθεια για βιώσιμες κατασκευές και την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής. Η δυνατότητα ενσωμάτωσης της δέσμευσης άνθρακα άμεσα στα κτίρια  προσφέρει μια καινοτόμο και στρατηγική προσέγγιση για τη δημιουργία ενός πιο φιλικού προς το περιβάλλον δομημένου περιβάλλοντος. Ενώ απαιτείται περαιτέρω έρευνα και ανάπτυξη, το δυναμικό αυτών των υλικών είναι τεράστιο και μπορεί να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στο μέλλον των οικοδομικών πρακτικών.

 
Με πληροφορίες από anthropocenemagazine.org

 
mywaypress.gr –Περιεχόμενο αξίας με την υποστήριξη  υβριδικής νοημοσύνης.

Για  αναγνώστες με μεγάλο εύρος προσοχής.