蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)出可捕獲和儲存二氧化碳的3D打印生物材料

2025年6月26日，南極熊獲悉，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）成功開發(fā)出一種可3D打印的藍(lán)藻水凝膠新材料，可以吸收大氣中的二氧化碳，并將它轉(zhuǎn)化為有機(jī)生物質(zhì)和穩(wěn)定的碳酸鹽礦物。該材料通過創(chuàng)新性的雙重碳封存機(jī)制，有望為建筑和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域帶來低能耗、環(huán)境友好的碳捕獲解決方案。

△經(jīng)過60天的開發(fā)期，3D打印的“菠蘿”內(nèi)部生長著藍(lán)藻

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院大分子工程教授Mark Tibbitt表示：“我們認(rèn)為我們的活性材料是一種低能耗且環(huán)保的方法，它可以吸收大氣中的二氧化碳，并補(bǔ)充現(xiàn)有的碳封存化學(xué)過程。”

△相關(guān)研究已發(fā)表在《自然通訊》期刊，題目為“利用光合生物材料進(jìn)行雙重碳封存”（傳送門）

它如何運(yùn)作以及為何重要

研究人員表示，這種材料隨時(shí)間增長而硬化，并持續(xù)捕獲二氧化碳。過程僅依賴于光和富含營養(yǎng)的人工海水溶液。它的獨(dú)特之處在于這種創(chuàng)新的雙重碳封存策略，使吸收的二氧化碳量大于僅通過有機(jī)生長儲存的量。

Tibbitt解釋說：“這是因?yàn)檫@種材料不僅能夠?qū)⑻純Υ嬖谏�物質(zhì)中，還能以礦物質(zhì)的形式儲存碳——這是藍(lán)藻的一種特殊特性。”

△用于雙重碳封存的光合生物材料的制備

活細(xì)胞被嵌入水凝膠中，水凝膠是由高含水量交聯(lián)聚合物構(gòu)成的水性網(wǎng)絡(luò)。研究團(tuán)隊(duì)選擇的聚合物結(jié)構(gòu)有利于光、二氧化碳、水和營養(yǎng)物質(zhì)在材料中的運(yùn)輸，同時(shí)確保藍(lán)藻在其中均勻分布和被包裹。

為了最大限度地延長藍(lán)藻的壽命和提高它的效率，研究人員利用3D打印技術(shù)優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的幾何形狀。這種設(shè)計(jì)增加了表面積，提高了光線穿透力，并促進(jìn)了材料內(nèi)部的營養(yǎng)循環(huán)。

最終實(shí)驗(yàn)表明，該材料能夠穩(wěn)定地捕獲二氧化碳長達(dá)400天，主要以礦物形式儲存——每克材料可吸收約26毫克二氧化碳。這一性能超越了許多生物方法，甚至可與再生混凝土中的化學(xué)礦化作用相媲美，后者每克材料可吸收約7毫克二氧化碳。

△采用3D打印技術(shù)制造一種特殊的雙重碳封光合生物結(jié)構(gòu)

未來應(yīng)用及展望

Tibbitt說：“未來，我們想研究如何將這種材料用作建筑外墻的涂層，以便在建筑的整個(gè)生命周期內(nèi)結(jié)合二氧化碳。”

下一步，研究人員希望進(jìn)一步探索將這種材料應(yīng)用于建筑外墻涂層的可能性，以實(shí)現(xiàn)在建筑整個(gè)生命周期內(nèi)持續(xù)吸收二氧化碳的目標(biāo)。這種生物材料的推廣和應(yīng)用可能對減少大氣中二氧化碳濃度、緩解氣候變化具有重要意義，并有望成為補(bǔ)充現(xiàn)有化學(xué)封存方法的環(huán)境可持續(xù)技術(shù)。