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瑞士新型活体建筑材料 可捕捉碳与光合作用

发布时间: 2025-07-02 10:27:29    最后更新: 2026-10-17 23:20:56    阅读:124  约5 分钟阅读     

【中国观察2025年07月02日讯】近期,瑞士科学家开发出一款极为特殊的新型“活体建筑材料”。它是一种既可以3D打印,又可以进行光合作用的活体凝胶构成,能够从空气中不断消耗和保存二氧化碳,其效率相当于一棵20年树龄的松树。

这次,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)团队开发出一种具有生命力、能够生长,且能主动从空气中去除二氧化碳的“光合活体凝胶”材料。目前该材料已经应用于建筑领域,并在第24届米兰三年展(Triennale di Milano)、19届威尼斯建筑双年展(Venice Architecture Biennale)亮相,展现其永续性和实用性。

研究团队将蓝藻(PCC 7002)与可3D列印的透明凝胶(Pluronic F-127)结合,并诱导蓝藻进行光合作用,吸收大气中的二氧化碳(CO2)产生碳酸盐沉淀(MICP)反应,让二氧化碳转为固体碳酸盐(如石灰)储存于材料中,以此实现碳封存目标。

这种光合活体凝胶的蓝藻,只需要阳光、富含营养物质的人工海水,以及二氧化碳,即可光合作用生长超过一年,且整个生长过程无需离开材料。

研究人员为了确保蓝藻能够长时间存活与高效运作,他们透过3D列印制程优化结构的几何形状,增其加表面面积、光穿透力,以此促进营养物质的流动。

结果显示,这种光合活体凝胶的每克材料在30天内,可封存2.2到3.1毫克二氧化碳,且存活一年以上(目前纪录是400多天)。该材料在400天内,每克材料累积吸收26至33毫克二氧化碳,且大多以稳定的矿物形式保存。

该种材料吸收的二氧化碳数量,远比其它生物方法吸收的量要高,能与再生混凝土的化学矿化相当,若需要材料内的矿物只需600°C热解便可回收。另外,这些固体矿物质储存二氧化碳的稳定性,要优于生物质(有机生命或刚死掉的生物)。

该团队用“光合活体凝胶”打印成活体积木,再用积木组装成两个树干状物体,于威尼斯建筑双年展加拿大馆中展出。他们表示,一个树干状物体每年可吸收18公斤的二氧化碳,相当于温带地区一棵树龄20年的松树每年吸收的碳量。

研究人员认为,这种光合活体凝胶是一种低能耗、环保的材料,可以透过消耗和保存大气中的二氧化碳,为建筑领域开辟新可能性。虽然还有很长的路要走,但建筑领域的同事已经接受了这个新概念,并有了初步的成果。

他们还表示,未来会对生物质封存的二氧化碳量进行评估,以此了解不同的酸碱环境(pH值)与二氧化碳浓度,是如何影响蓝藻的光合作用速率,以此提高该系统的转换效率。

这项研究的建筑师兼生物设计师、苏黎世联邦理工学院博士生安德里‧亚辛‧林(Andrea Shin Ling)对该校新闻室表示,“我们改造加拿大馆,使其能够提供足够的光照、湿度和温度,促进材料中的蓝藻生长与观察它们的行为。”

共同第一作者、苏黎世联邦理工学院机械与制程工程系大分子工程实验室的达莉亚‧德兰塞克(Dalia Dranseike)补充说:“我们透过结构设计,让光线穿透材料,并透过毛细管力将营养液被动分配到结构内部。”对此,该团队的材料研究员报告,这种设计让被封装在凝胶内的蓝藻,能够高效率地存活一年之久。

苏黎世联邦理工学院大分子工程教授马克‧蒂比特(Mark Tibbitt)表示,“作为一种建筑材料,它里面的蓝藻可以将二氧化碳直接储存在建筑物中,让二氧化碳得以用生物质、矿物质的形式储存。未来,我们希望将其应用于建筑外墙涂层,实现大规模碳捕捉。”

论文另一主要作者崔一帆强调,“蓝藻是世界上最古老的生命形式之一。它们的光合作用非常高效,甚至可以利用最微弱的光线,将二氧化碳和水转化为生物质。”

他说,我们将蓝藻这些能力,运用到建筑材料中,让矿物质沉积在材料内部,使原本柔软的材料结构逐渐硬化,增强材料的机械性能。目前,该研究成果已经在《自然》科学杂志上发表。

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