Новые подходы к снижению углеродного следа зданий. Учёные создали 3D-печатаемый гидрогель, который поглощает CO2 эффективнее бетона

В ETH Zurich (Цюрихский высший технический институт) междисциплинарная команда под руководством профессора Марка Тиббита разработала гидрогель, который можно печатать на 3D-принтере и наполнять цианобактериями — микроорганизмами, способными поглощать углекислый газ из атмосферы и превращать его как в органическую биомассу, так и в твёрдые минеральные соединения на основе карбоната. Такая стратегия позволяет материалу не только расти и упрочняться со временем, но и постепенно связывать CO₂ под воздействием лишь света и питательной среды, имитирующей морскую воду.

Как отмечается в публикации, ключевая особенность нового материала — возможность двойного связывания углекислого газа: часть CO₂ сохраняется в органической биомассе, а другая превращается в стабильные минеральные формы. Сам профессор Тиббит объясняет: «Мы видим наш живой материал как энергоэффективный и экологичный способ связывать CO₂ из атмосферы в дополнение к существующим химическим методам стабилизации углерода».

Цианобактерии инкапсулируются внутри гидрогеля — водной матрицы, состоящей из переплетённых полимеров, обладающей высокой водонасыщенностью. Такая структура выбрана с учётом оптимального переноса света, диоксида углерода, воды и питательных веществ по всему материалу и равномерного распределения живых клеток внутри.

Для повышения срока службы и эффективности работы микроорганизмов, команда ETH Zurich использовала 3D-печать для особой геометрии структур: увеличена площадь поверхности, улучшен проход света и циркуляция питательных растворов. Это позволяет материалу функционировать дольше и эффективнее.

Лабораторные тесты подтвердили, что разработанный гидрогель стабильно улавливает CO₂ на протяжении до 400 дней, аккумулируя примерно 26 миллиграммов углекислого газа на каждый грамм материала. Для сравнения, в переработанном бетоне с химическим связыванием фиксируется около 7 миллиграммов CO₂ на грамм. Таким образом, новая технология не только превосходит многие биологические подходы, но и приближается к результатам промышленных методов хранения углекислого газа.

Учёные подчёркивают, что их разработка может стать энергосберегающей и экологически устойчивой альтернативой или дополнением к ныне существующим химическим способам улавливания CO₂. В перспективе команда планирует изучить возможность использования материала в качестве покрытия для фасадов зданий — потенциально он сможет связывать углекислый газ на протяжении всего срока эксплуатации сооружения.

«В дальнейшем мы хотим исследовать, как этот материал может применяться в облицовках, чтобы связывать CO₂ в течение всего жизненного цикла здания», — подытожил Марк Тиббит.

 Источник: 3dprintingindustry