.jpg)
Vědci vyvíjejí živý materiál, který účinně odčerpává oxid uhličitý z atmosféry a využívá jej ke stavbě. Rostou v něm fotosyntetické sinice, které vytvářejí biomasu a pevné minerály a vážou tak CO2 dvěma různými způsoby.
Tato představa nepostrádá prvky sci-fi: Na ETH v Curychu spolupracují různé obory na kombinaci běžných materiálů s bakteriemi, řasami a houbami. Společným cílem je vytvořit živé materiály, které díky metabolismu mikroorganismů nabývají užitečných vlastností. „Například schopnost vázat CO2 ze vzduchu pomocí fotosyntézy, “ říká Mark Tibbitt, profesor makromolekulárního inženýrství na ETH Curych.
Mezioborový výzkumný tým vedený Tibbittem nyní tuto vizi proměnil ve skutečnost: stabilně začlenil fotosyntetické bakterie, známé jako sinice, do tištěného gelu a vyvinul materiál, který je živý, roste a aktivně čerpá uhlík ze vzduchu. Výzkumníci nedávno představili svůj "fotosyntetický živý materiál" studií uveřejněnou v časopise Nature Communications.
Materiál lze tvarovat pomocí 3D tisku a k růstu potřebuje kromě CO2 pouze sluneční záření a umělou mořskou vodu, jež dodává živiny. „Jako stavební materiál by mohl v budoucnu pomoci ukládat CO2 přímo v budovách, “ říká Tibbitt, který výzkum živých materiálů na ETH v Curychu spoluinicioval.
Zvláštní na tom totiž je, že živý materiál absorbuje mnohem více CO2, než na sebe organickým růstem váže. „Je to z toho důvodu, že materiál dokáže ukládat uhlík nejen v biomase, ale také ve formě minerálů. A to se děje díky zvláštní vlastnosti těchto sinic, “ prozrazuje Tibbitt.
Yifan Cui, jeden ze dvou hlavních autorů studie, k tomu dodává: „Na sinice se díváme jako na jedny z nejstarších forem života na světě. Jsou vysoce výkonné při fotosyntéze a dokáží využít i to nejslabší světlo k produkci biomasy z CO2 a vody.“
Bakterie zároveň v návaznosti na fotosyntézu mění své chemické prostředí mimo buňku, takže dochází k vysrážení pevných uhličitanů (např. vápna). Tyto minerály představují další zásobárnu uhlíku. Narozdíl od biomasy také ukládají CO2 ve stabilnější formě.
„Tuto schopnost využíváme právě v našem materiálu, “ dodává Cui, který je doktorandem v Tibbittově výzkumné skupině. Vzniká praktický vedlejší efekt: minerály se usazují uvnitř materiálu a mechanicky jej vyztužují. Tímto způsobem sinice pomalu vyztuží a zpevní původně měkké struktury.
Laboratorní testy ukázaly, že materiál po dobu 400 dní nepřetržitě váže CO₂, většinou ve formě minerálů - přibližně 26 miligramů CO2 na gram materiálu. To je výrazně více než u mnoha biologických přístupů a srovnatelné s chemickou mineralizací recyklovaného betonu (asi 7 mg CO2 na gram).
Nosným materiálem, který slouží jako příbytek pro živé buňky, je hydrogel - gel ze zesíťovaných polymerů s vysokým obsahem vody. Tibbittův tým zvolil polymerní síť tak, aby mohla přenášet světlo, CO2, vodu a živiny a umožnila buňkám rovnoměrně se v ní rozprostřít, aniž by materiál opustily.
Aby sinice žily co nejdéle a neztrácely na své výkonnosti, vědci také optimalizovali geometrii struktur pomocí postupů 3D tisku, aby zvětšili povrch, zvýšili průnik světla a podpořili tok živin.
Spoluautorka Dalia Dranseike vysvětluje: „Tímto způsobem jsme vytvořili struktury, které umožňují průnik světla a pasivně rozvádějí živnou tekutinu po celém těle pomocí kapilárních sil.“ Díky této konstrukci žily zapouzdřené sinice produktivně více než rok, uvádí odbornice z Tibbittova týmu na materiálový výzkumník.
Výzkumníci považují svůj živý materiál za nízkoenergetickou a ekologickou cestu, která může vázat CO2 z atmosféry a doplnit stávající chemické procesy pro zachycování uhlíku. „V budoucnu chceme prozkoumat, jak lze tento materiál použít coby nátěr fasád budov, aby vázal CO2 po celou dobu životního cyklu budovy, “ objasňuje další plány Tibbitt.
K tomu je ještě dlouhá cesta, ale kolegové z oboru architektury se již konceptu chopili a experimentálně realizovali první interpretace.
Díky doktorandce ETH Andree Shin Ling se základní výzkum z laboratoří ETH dostal na velkolepou scénu na Bienále architektury v Benátkách. „Obzvláště náročné bylo zvětšit výrobní proces z laboratorního formátu do rozměrů místnosti, “ říká architektka a biodesignérka, která se na této studii rovněž podílí.
Ling dělá doktorát na katedře digitálních stavebních technologií profesora Benjamina Dillenburgera na ETH. Ve své disertační práci vyvinula platformu pro biofabrikaci, která dokáže tisknout živé struktury obsahující funkční sinice v architektonickém měřítku.
Pro instalaci Pikoplanktonika v kanadském pavilonu použil projektový tým vytištěné struktury jako živé stavební kameny ke stavbě dvou objektů podobných stromům, z nichž největší byl vysoký asi tři metry. Každý z nich dokáže díky sinicím vázat až 18 kg CO2 ročně, což je přibližně tolik CO2, kolik využila ke svému růstu v mírném pásmu borovice stáří 20 let.
Zdroje:
[1] https://ethz.ch/
[2] https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2025/06/a-building-material-that-lives-and-stores-carbon.html
[3] https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/newsletters-and-subscription/unsubscribing-and-address-change.html