Создание материалов, способных не только выполнять строительные функции, но и активно бороться с изменениями климата, перестает оставаться фантастикой. В Швейцарии разработан уникальный «живой» материал, содержащий цианобактерии — микроорганизмы, известные своей способностью к фотосинтезу. Этот прорыв может изменить подход к укреплению зданий и одновременно снизить уровень углекислого газа (CO2) в атмосфере, что особенно актуально в эпоху глобального потепления.

Основы технологии и природа нового материала

Группа ученых из Швейцарского федерального технологического института (ETH Zürich) создала проект инновационного строительного материала, в основе которого лежит фотосинтетический процесс. Благодаря включению цианобактерий — одних из древнейших форм жизни на планете — новый материал способен химически преобразовывать CO2, солнечный свет и воду в кислород и сахара, которые обеспечивают рост микроорганизмов и развитие самой структуры.

Но главное — в возможности превращать часть поглощенного CO2 в твердую минеральную форму. Для этого в состав материала добавляются определенные питательные вещества, такие как кальций и магний. В результате внутри структуры формируются карбонатные минералы, такие как известняк, которые укрепляют материал и в течение долгого времени хранят углекислый газ — гораздо лучше, чем просто биомасса, что значительно повышает экологическую ценность технологии.

Механизм минерализации и его преимущества

Ключевым аспектом разработки является способность минерализовать CO2, превращая его в стабильные минералы, что делает «живой» материал не только экологически чистым, но и функционально прочным. По словам Марк Тибитта, доцента инженерии макромолекул среднего уровня в ETH Zürich, «этот материал может запечатлевать углекислый газ в виде минералов, что значительно эффективнее, чем просто накопление биомассы». Это свойство открывает новые возможности для использования таких материалов в строительстве, где они могут служить долговременным хранилищем углерода непосредственно внутри конструкции здания.

В отличие от стандартных строительных смесей, «живой» материал постепенно укрепляется по мере Mineralization — формирования минералов внутри его структуры. В результате структура становится жестче и устойчивее, что позволяет использовать его для создания фасадов, стен, покрытий и иных архитектурных элементов.

Практическая эффективность и экспериментальные результаты

В ходе экспериментов ученые зафиксировали, что их материал способен постоянно поглощать CO2 на протяжении 400 дней. За это время он захватил примерно 26 миллиграммов CO2 на грамм массы — показатель, значительно превышающий показатели других методов биологической фиксации углерода. Основные преимущества этого метода — высокая эффективность и возможность масштабирования.

Например, по расчетам исследователей, некоторые формы таких «живых» покрытий могут поглощать до 18 килограммов CO2 в год с одного квадратного метра поверхности — что сопоставимо с выбросами среднестатистической сосны за 20 лет. Такой уровень поглощения делает их привлекательными для использования в городских условиях, где объемы выбросов особенно высоки.

Реальные кейсы и примеры внедрения

В рамках реализации проекта ученые уже создали прототипы зданий и архитектурных элементов в виде бревен или колонн, покрытых этим материалом. На архитектурной выставке в Венеции были представлены объекты, имитирующие природные формы — так называемые «деревообразные» конструкции, способные поглотить до 40 фунтов (около 18 килограммов) CO2 ежегодно, что эквивалентно поглощению углекислого газа 20-летним сосновым деревом.

Также существует перспектива самостоятельной генной инженерии цианобактерий для повышения их фотосинтетической активности — это позволит увеличить скорость поглощения CO2 и эффективность минерализации.

Возможность масштабирования и перспективы развития

Несмотря на то, что разработка находится на начальной стадии, ученые уже обсуждают пути интеграции этого материала в архитектуру и строительство. В будущем его можно использовать для покрытия фасадов зданий, дорожных покрытий, облицовки мостов и элементов ландшафтного дизайна — всё, что позволяет не только повысить энергоэффективность и экологичность городов, но и активно бороться с парниковым эффектом.

Для расширения практических возможностей исследователи работают над разработкой способов доставки питательных веществ прямо в структуру материала. Пока что гидрогель — основа «живого» материала, защищенная от высыхания и механических повреждений. Внедрение технологий автоматической подачи кальция и магния позволит создать самоподдерживающуюся систему, которая будет постоянно увеличивать свою минерализацию и укрепляться с течением времени.

Заключение и вызовы на пути к будущему

Создание фотосинтетического «живого» материала, поглощающего CO2, — это яркий пример того, как научные достижения могут сочетать инженерные решения с экологической миссией. Такой материал способен стать частью глобальной стратегии борьбы с изменением климата, делая городской пейзаж не только более красивым, но и более «зеленым» и устойчивым.

Тем не менее, есть ряд задач, которые требуют дальнейших исследований: обеспечивать долговечность, управлять питательными веществами, повышать скорость минерализации, а также решать вопросы стоимости и масштабируемости. Именно эти вызовы определят, насколько быстро и широко новые материалы смогут попасть в повседневное применение, помогая снизить концентрацию CO2 в атмосфере и сохранить планету для будущих поколений.