Швейцарские ученые создали «живой» стройматериал, поглощающий CO2

Швейцарские ученые разработали революционный «живой» материал, содержащий фотосинтезирующие цианобактерии, способные поглощать углекислый газ из атмосферы и преобразовывать его в прочные карбонатные минералы. Этот материал может быть использован в будущем для строительства зданий, помогая бороться с изменением климата, сообщает Live Science.

Ученые из Швейцарии создали новый «живой» материал, содержащий сине-зеленые водоросли, который однажды может быть использован в зданиях для борьбы с изменением климата, утверждают они.

Благодаря сине-зеленым водорослям, или цианобактериям, новый материал является фотосинтетическим. Это означает, что он может химически преобразовывать углекислый газ (CO2), солнечный свет и воду в кислород и сахара, которые способствуют росту.

В присутствии определенных питательных веществ материал также может преобразовывать CO2 в твёрдые карбонатные минералы, такие как известняк, заявили исследователи в новом исследовании, опубликованном 23 апреля в журнале Nature Communications. Со временем эти минералы создают прочную решётку внутри материала, которая укрепляет его и сохраняет углерод в более стабильной форме, чем фотосинтез.

«Материал может хранить углерод не только в биомассе, но и в форме минералов — особое свойство этих цианобактерий, — сообщил в своём заявлении соавтор исследования Марк Тиббитт, доцент кафедры макромолекулярной инженерии в Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH) в Цюрихе. — Как строительный материал он может помочь хранить CO2 непосредственно в зданиях в будущем».

Без способности изолировать углерод в минеральной форме новый материал был бы гибким и желеобразным. Но, производя минеральный скелет с CO2 и питательными веществами, материал постепенно повышает свою собственную механическую прочность, что делает его хорошим кандидатом для строительства согласно исследованию.

Исследователи предполагают, что материал может быть однажды использован в качестве покрытия на фасадах зданий для непосредственного отсасывания CO2 из атмосферы. В ходе исследования материал непрерывно поглощал CO2 в течение 400 последовательных дней, сохраняя приблизительно 26 миллиграммов CO2 на грамм материала в виде карбонатных осадков. Такая скорость является высокоэффективной и значительно выше, чем у других форм биологического поглощения CO2, заявляют исследователи.

Всё более яркий зелёный цвет материала свидетельствует о том, что он хранит CO2 в форме биомассы. Но цианобактерии могут расти только до определённого предела, а скорость, с которой углерод хранился внутри бактериальных клеток, выравнивалась примерно через 30 дней согласно исследованию. Это означает, что секвестрация углерода в форме биомассы снижается после этого периода времени, но не прекращается.

Основой нового материала является 3D-печатный гидрогель — гель с высоким содержанием воды, состоящий из сшитых молекул. Исследователи выбрали пористый гидрогель и вырастили внутри него цианобактерии, обеспечив достаточное проникновение света, воды и CO2 в гель для достижения бактерий. Затем учёные протестировали различные формы гидрогеля, чтобы определить наилучшую геометрию для выживания цианобактерий.

«Цианобактерии являются одной из древнейших форм жизни в мире, — говорится в заявлении соавтора исследования Ифань Цуй, аспиранта по макромолекулярной инженерии в ETH Zurich. — Они очень эффективны в фотосинтезе и могут использовать даже самый слабый свет для производства биомассы из CO2 и воды».

В ходе исследования учёные погружали гидрогели в искусственную морскую воду, чтобы обеспечить необходимые питательные вещества для осаждения минералов. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, как эти питательные вещества,       в том числе кальций и магний, можно было бы ввести в материал, если бы он покрывал здание.

В то же время исследователи придумывают различные формы, которые мог бы принять материал. На архитектурной выставке в Венеции команда представила свой материал в виде двух объектов, похожих на стволы деревьев, каждый из которых мог бы поглощать до 18 килограммов CO2 в год — или столько же, сколько 20-летняя сосна согласно заявлению.

Учёные отметили в своём исследовании, что цианобактерии можно генетически модифицировать, чтобы увеличить скорость их фотосинтеза перед тем, как встраивать их в материал.

«Мы рассматриваем наш живой материал как низкоэнергетический и экологически чистый подход, который может связывать CO2 из атмосферы и дополнять существующие химические процессы секвестрации углерода», — сказал Тиббит.

Источник: Live Science

#Фотосинтез #УглекислыйГаз #ЖивойМатериал #Экология #Строительство