Оно съест воздух: ученые создали нечто, что готовое съесть весь CO₂

В Швейцарской высшей технической школе Цюриха междисциплинарная команда ученых работает над созданием инновационных материалов, которые объединяют традиционные компоненты с живыми организмами, такими как бактерии, водоросли и грибы.

Главная цель этого амбициозного проекта — разработать так называемые "живые материалы", которые благодаря метаболизму микроорганизмов приобретают уникальные свойства, например, способность поглощать углекислый газ из атмосферы за счет фотосинтеза, отметил один из руководителей исследования, профессор макромолекулярной инженерии.

Исследовательская группа уже добилась значительных успехов, внедрив фотосинтезирующие цианобактерии в специальный гель, пригодный для 3D-печати. В результате был создан материал, который не только живет и растет, но и активно улавливает углерод из воздуха. Этот прорыв был представлен в научной статье, опубликованной в одном из престижных журналов.

Одной из ключевых особенностей нового материала является его способность связывать углерод в двух формах. Как пояснил профессор, материал поглощает гораздо больше CO2, чем требуется для его собственного роста, благодаря уникальным свойствам цианобактерий, которые накапливают углерод не только в виде биомассы, но и в форме минералов, таких как карбонаты.

Один из ведущих авторов исследования, аспирант, добавил, что цианобактерии, будучи одними из древнейших организмов на планете, обладают высокой эффективностью фотосинтеза, используя даже слабый свет для преобразования CO2 и воды в биомассу.

Этот процесс также приводит к осаждению твердых минералов внутри материала, что не только усиливает его способность улавливать углерод, но и укрепляет структуру, делая изначально мягкий гель более прочным. Лабораторные тесты показали, что материал способен непрерывно связывать CO2 на протяжении более чем года, преимущественно в минеральной форме, достигая показателя около 26 миллиграммов углекислого газа на грамм материала. Это значительно превосходит многие биологические методы и сопоставимо с химической минерализацией переработанного бетона.

Для создания оптимальной среды обитания цианобактерий исследователи использовали гидрогель — полимерную сеть с высоким содержанием воды, которая обеспечивает доступ света, CO2, воды и питательных веществ, а также удерживает клетки внутри материала. С помощью 3D-печати ученые оптимизировали геометрию структур, увеличив площадь поверхности и улучшив проникновение света и питательных веществ. Один из соавторов исследования подчеркнул, что такая конструкция позволяет поддерживать жизнедеятельность цианобактерий более года благодаря капиллярным силам, обеспечивающим пассивное распределение жидкости.

Исследователи видят в своем изобретении огромный потенциал для экологически чистых технологий. По словам профессора, в будущем этот материал может использоваться как покрытие для фасадов зданий, поглощая CO2 на протяжении всего срока службы строения и дополняя существующие методы улавливания углерода.

Практическое применение концепции уже вышло за пределы лабораторий. На Архитектурной биеннале в Венеции была представлена инсталляция под названием "Пикопланктоника", созданная в рамках проекта для павильона Канады.

Архитектор и биодизайнер, участвующая в исследовании, рассказала, что для этой выставки были напечатаны живые структуры в виде объектов, напоминающих стволы деревьев, высотой до трех метров. Каждый из них способен связывать до 18 килограммов CO2 в год, что эквивалентно поглощению углерода 20-летней сосной. Она также отметила, что масштабирование лабораторного процесса до размеров выставочного павильона стало серьезным вызовом, а команда ежедневно следит за состоянием инсталляции, поддерживая необходимые условия для роста цианобактерий.

Еще одна демонстрация возможностей живых материалов прошла на Миланской триеннале, где была представлена инсталляция под названием "Кожа Дафны". Этот проект, созданный в сотрудничестве с одной из участниц исследования, представляет собой деревянную конструкцию, покрытую микроорганизмами, которые со временем образуют зеленую патину, изменяющую внешний вид древесины.

Этот процесс не только связывает CO2, но и превращает признаки гниения в элемент дизайна, подчеркивая эстетику микробных процессов. Выставка продлится до начала ноября.

Эти проекты демонстрируют, как фундаментальные научные разработки могут быть интегрированы в архитектуру и дизайн, открывая новые горизонты для экологически устойчивого строительства.

Уточнения

Цю́рих — город на севере Швейцарии.