Onderzoekers van ETH Zurich hebben een baanbrekende stap gezet in de richting van duurzame bouwmaterialen. Hun nieuwste creatie, een photosynthetisch levend materiaal, combineert biotechnologie met digitale fabricage om een materiaal te produceren dat niet alleen groeit, maar ook actief CO₂ uit de lucht verwijdert. De CO₂ opslag wordt omgezet in biomassa en mineralen.
Door biologie en digitale fabricage te combineren, hebben onderzoekers een materiaal gecreëerd dat niet alleen functioneel is, maar ook actief bijdraagt aan het verminderen van CO₂-uitstoot. Het 3D printmateriaal heeft slechts zonlicht en kunstmatig zeewater nodig als aanvulling op CO2 om te groeien.
Net zoveel CO₂ jaarlijks als een 20 jaar oude den
Foto: Yifan Cui / ETH Zürich)
Materiaal zet CO2 om in mineralen
Het materiaal bestaat uit een hydrogel waarin ‘cyanobacteriën’ zijn ingebed. Deze bacteriën, die tot de oudste levensvormen op aarde behoren, voeren fotosynthese uit en zetten CO₂ om in biomassa. Maar wat dit materiaal echt bijzonder maakt, is dat het CO₂ niet alleen omzet in biomassa maar ook in stabiele mineralen zoals calciumcarbonaat. Dit proces, bekend als ‘dual carbon sequestration’, betekent dat het materiaal veel meer CO₂ kan opslaan dan conventionele biologische systemen. Terwijl planten en algen CO₂ opslaan in organische vorm, biedt dit materiaal een extra opslagmechanisme door mineralisatie.
Dankzij 3D printen kun je structuren optimaliseren voor maximale CO₂ opslag
3D-printen en digitale fabricage
Een van de meest fascinerende aspecten van dit materiaal is dat het 3D-geprint kan worden. Door gebruik te maken van digitale fabricage kunnen onderzoekers complexe structuren ontwerpen die de efficiëntie van CO₂-opslag maximaliseren. Zo hebben ze lattice-structuren ontwikkeld die zorgen voor optimale lichtdoorlatendheid en gasuitwisseling, waardoor de cyanobacteriën langdurig actief blijven. Deze structuren kunnen worden aangepast aan verschillende toepassingen, van architectonische installaties tot coatings voor gebouwen. De onderzoekers hebben prototypes gepresenteerd op de Archtecture Biennale in Ventië waar ze de potentie van dit materiaal in de architectuur demonstreerden.
Hoeveel CO₂ kan het materiaal opslaan?
Uit experimenten blijkt dat het materiaal in 30 dagen 2,2 ± 0,9 mg CO₂ per gram hydrogel kan vastleggen. Over een periode van 400 dagen loopt dit op tot 26 ± 7 mg CO₂ per gram. Dit betekent dat het materiaal niet alleen een tijdelijke oplossing biedt, maar een langdurige bijdrage kan leveren aan CO₂-reductie. Ter vergelijking: industriële methoden zoals het carboneren van gerecycled beton kunnen ongeveer 6,7 mg CO₂ per gram opslaan. Dit nieuwe materiaal biedt dus een concurrerende en duurzame alternatieve methode. Een voorbeeld toepassing, een boomachtige structuur van drie meter hoog die in Venetië werd getoond, slaat jaarlijks 18 kg Co2 op, net zoveel als een 20 jaar oude den in een gematigd klimaat.
Toekomstige toepassingen
De onderzoekers zien verschillende toepassingen voor dit materiaal:
– Duurzame bouwmaterialen: Het kan worden geïntegreerd in muren en gevels om CO₂ direct in gebouwen op te slaan.
– Bioreactoren: Het materiaal kan worden gebruikt in installaties die CO₂ uit de lucht filteren.
– Groene infrastructuur: Denk aan bruggen en wegen die actief bijdragen aan CO₂-reductie.
Daarnaast kan het materiaal worden opgeschaald met geavanceerde biofabricatietechnieken, waardoor grotere structuren mogelijk worden.
De onderzoekers van ETH Zurich hebben hun bevinden beschreven in een artikel in Nature Communications. Voor het opschalen van de technologie en ontwikkelen van concrete toepassingen is nog verder onderszoek nodig.
Lees de volledige publicatie in Nature Communications .
Foto: De presentatie op de architectenbeurs in Venetië Yifan Cui / ETH Zürich
