A idéia parece futurista: na ETH Zurique, várias disciplinas estão trabalhando juntas para combinar materiais convencionais com bactérias, algas e fungos. O objetivo comum: criar materiais vivos que adquiram propriedades úteis graças ao metabolismo dos microorganismos – “como a capacidade de se ligar a Co2 Do ar por meio da fotossíntese “, diz Mark Tibbitt, professor de engenharia macromolecular da ETH Zurique.
Uma equipe de pesquisa interdisciplinar liderada por Tibbitt agora transformou essa visão em realidade: ela incorporou de maneira estável as bactérias fotossintéticas – conhecidas como cianobactérias – em um gel imprimível e desenvolveu um materials vivo, cresce e take away ativamente o carbono do ar. Os pesquisadores apresentaram recentemente seu “materials de vida fotossintética” em um estudo no diário Comunicações da natureza.
Característica chave: sequestro de carbono duplo
O materials pode ser moldado usando impressão 3D e requer apenas a luz photo voltaic e a água do mar synthetic com nutrientes prontamente disponíveis, além de CO2 para crescer. “Como materials de construção, poderia ajudar a armazenar Co2 diretamente em edifícios no futuro “, diz Tibbitt, que co-iniciou a pesquisa sobre materiais vivos na ETH Zurique.
O especial sobre isso: o materials vivo absorve muito mais co2 do que se liga através do crescimento orgânico. “Isso ocorre porque o materials pode armazenar carbono não apenas na biomassa, mas também na forma de minerais – uma propriedade especial dessas cianobactérias”, revela Tibbitt.
Yifan Cui, uma das duas principais autores do estudo, explica: “Cianobactérias estão entre as formas de vida mais antigas do mundo. Eles são altamente eficientes na fotossíntese e podem utilizar até a luz mais fraca para produzir biomassa de CO da CO2 e água. “
Ao mesmo tempo, as bactérias alteram seu ambiente químico fora da célula como resultado da fotossíntese, de modo que os carbonatos sólidos (como cal) precipitem. Esses minerais representam um coletor de carbono adicional e – em contraste com a biomassa – Retailer Co2 de uma forma mais estável.
Cianobactérias como mestres construtores
“Utilizamos essa habilidade especificamente em nosso materials”, diz Cui, que é estudante de doutorado no grupo de pesquisa de Tibbitt. Um efeito colateral prático: os minerais são depositados dentro do materials e o reforçam mecanicamente. Dessa forma, as cianobactérias endurecem lentamente as estruturas inicialmente moles.
Testes de laboratório mostraram que o materials liga -se continuamente a CO2 por um período de 400 dias, a maior parte em forma mineral – cerca de 26 miligramas de CO2 por grama de materials. Isso é significativamente mais do que muitas abordagens biológicas e comparável à mineralização química do concreto reciclado (cerca de 7 mg Co2 por grama).
Hidrogel como um habitat
O materials transportador que abriga as células vivas é um hidrogel-um gel feito de polímeros reticulados com um alto teor de água. A equipe de Tibbitt selecionou a rede de polímeros para que possa transportar luz, CO2água e nutrientes e permite que as células se espalhem uniformemente sem deixar o materials.
Para garantir que as cianobactérias vivam o maior tempo possível e permaneçam eficientes, os pesquisadores também otimizaram a geometria das estruturas usando processos de impressão 3D para aumentar a área da superfície, aumentar a penetração da luz e promover o fluxo de nutrientes.
O co-primeiro autor Dalia Dranseike: “Dessa forma, criamos estruturas que permitem a penetração da luz e distribuem passivamente o fluido nutriente por todo o corpo por forças capilares”. Graças a esse design, as cianobactérias encapsuladas viviam produtivamente por mais de um ano, o pesquisador de materiais da equipe de Tibbitt tem o prazer de relatar.
Infraestrutura como um pia de carbono
Os pesquisadores veem seu materials vivo como uma abordagem de baixa energia e ecológica que pode se ligar2 A partir da atmosfera e suplementar os processos químicos existentes para seqüestro de carbono. “No futuro, queremos investigar como o materials pode ser usado como revestimento para construir fachadas para se ligar2 Durante todo o ciclo de vida de um edifício “, Tibbitt olha para a frente.
Ainda há um longo caminho a percorrer – mas os colegas do campo da arquitetura já adotaram o conceito e realizaram interpretações iniciais de maneira experimental.
Duas instalações em Veneza e Milão
Graças à estudante de doutorado da ETH, Andrea Shin Ling, a pesquisa básica dos laboratórios da ETH chegou ao grande cenário na Bienal de Arquitetura em Veneza. “Foi particularmente desafiador ampliar o processo de produção, do formato de laboratório para as dimensões da sala”, diz o arquiteto e o bio-designer, que também está envolvido neste estudo.
Ling está fazendo seu doutorado na Presidente de Tecnologias de Construção Digital do Professor Benjamin Dillenburger. Em sua dissertação, ela desenvolveu uma plataforma de biofabricação que pode imprimir estruturas de vida contendo cianobactérias funcionais em escala arquitetônica.
Para a instalação do PicoPlanktonics no Pavilhão do Canadá, a equipe do projeto usou as estruturas impressas como blocos de construção para construir dois objetos do tipo tronco de árvore, o maior em torno de três metros de altura. Graças às cianobactérias, cada uma delas pode se ligar até 18 kg de CO2 por ano-até um pinheiro de 20 anos na zona temperada.
“A instalação é um experimento – adaptamos o Pavilhão do Canadá, para que ela forneça luz, umidade e calor suficientes para as cianobactérias prosperarem e depois observamos como elas se comportam”, diz Ling. Este é um compromisso: a equipe monitora e mantém a instalação no native – diariamente. Até 23 de novembro.
Na 24ª Trienal Di Milano, a pele de Dafne está investigando o potencial de materiais vivos para futuros envelopes de construção. Em uma estrutura coberta de telhas de madeira, os microorganismos formam uma pátina verde profunda que muda a madeira ao longo do tempo: um sinal de decaimento se torna um elemento de design ativo que liga CO2 e enfatiza a estética dos processos microbianos. A pele de Dafne é uma colaboração entre Maeid Studio e Dalia Dranseike. Faz parte da exposição “Nós, as bactérias: Notas em relação à arquitetura biótica” e acontece até 9 de novembro.
O materials de vida fotossintético foi criado graças a uma colaboração interdisciplinar dentro da estrutura de Alive (engenharia avançada com materiais de vida). A iniciativa ETH Zurique promove a colaboração entre pesquisadores de diferentes disciplinas, a fim de desenvolver novos materiais de vida para uma ampla gama de aplicações.
