Современные вызовы, связанные с изменением климата и загрязнением окружающей среды, требуют от архитекторов и научного сообщества поиска новых решений для снижения углеродного следа строительной отрасли. Именно здесь на помощь приходит инновационный живой строительный материал, разработанный командой исследователей из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Эта уникальная разработка сочетает в себе природные процессы и передовые технологии, создавая материал, который не только функционирует как обычный строительный элемент, но и активно участвует в процессе поглощения углекислого газа из воздуха. Основу материала составляет гидрогель, представляющий собой поли-мерную сеть с высоким содержанием воды, в которую внедрены фотосинтетические микроорганизмы — цианобактерии. Эти древние и невероятно эффективные организмы способны использовать даже слабый свет для фотосинтеза, преобразуя углекислый газ и воду в биомассу и минеральные соединения.
Благодаря этому процессу материал не просто остается инертным элементом конструкции, но и становится живым организмом, который растет и укрепляется со временем, выделяя углерод в устойчивой и твердой минеральной форме. Одна из удивительных характеристик разработанного материала — двойной механизм улавливания углерода. Во-первых, цианобактерии накапливают углерод в виде биомассы, что уже само по себе помогает уменьшить содержание CO2 в атмосфере. Во-вторых, благодаря химическим изменениям, происходящим вокруг клеток бактерий, происходит формирование твердых карбонатных минералов, таких как известняк, которые сохраняют углерод намного дольше и надежнее, чем биомасса. Такой подход значительно превосходит по эффективности многие известные биологические методы утилизации углерода и практически сопоставим с химической минерализацией, используемой, например, в переработанном бетоне.
Еще одним важным преимуществом этого материала является его адаптивность к производственным процессам. С помощью современных 3D-принтеров можно создавать сложные и оптимизированные конструкции, которые обеспечивают максимальную площадь поверхности для фотосинтеза, улучшают проникновение света и транспорт питательных веществ внутри материала. Такая геометрия повышает жизнеспособность цианобактерий и увеличивает продолжительность их активности — лабораторные испытания показали, что материал способен стабильно поглощать углекислый газ более 400 дней подряд, постепенно насыщаясь биомассой и минералами. Практическое применение материала выходит далеко за рамки лабораторных исследований. В частности, уже реализованы крупномасштабные инсталляции на Международной архитектурной биеннале в Венеции и Триеннале в Милане.
В Венеции команда, представляющая Канаду, создала живые постройки, напоминающие ствол дерева, высотой около трех метров, которые могут поглощать до 18 килограммов углекислого газа в год — это сопоставимо с эффектом 20-летнего дерева в умеренном климате. Такие эксперименты демонстрируют потенциал интеграции живого материала в окружающую архитектуру и указывают путь к более экологичным зданиям в будущем. В Милане исследовательский проект Dafne’s Skin рассматривает возможности преобразования обычных строительных поверхностей в живые системы с помощью микроорганизмов. На деревянных фасадах формируется зеленоватый биопленочный слой, который не только связывает углерод, но и меняет внешний вид здания, привнося эстетический и экологический эффект. Это позволяет трансформировать идею старения и разложения материала в сознательный дизайнерский элемент, представляющий собой симбиоз природы и архитектуры.
Работа над материалом ведется в рамках междисциплинарной исследовательской инициативы ALIVE (Advanced Engineering with Living Materials) в ETH Zurich, которая объединяет специалистов из различных областей — от материаловедения и биологии до архитектуры и цифрового строительства. Такой синтез знаний необходим для комплексного решения задач устойчивого развития и создания материалов, которые смогут не только отвечать функциональным требованиям, но и активно взаимодействовать с живой средой. Преимущества живого строительного материала невозможно переоценить. Во-первых, он способствует снижению углеродного следа в строительстве за счет прямого связывания углекислого газа. Во-вторых, материал обладает самовосстанавливающимися свойствами и способностью к постепенному затвердеванию за счет минерализации, что увеличивает долговечность конструкций.
В-третьих, его производство и эксплуатация требуют намного меньше энергии и ресурсов по сравнению с традиционными методами утилизации углерода и производства строительных материалов. Однако, несмотря на многообещающие перспективы, перед полноценным внедрением живого материала в массовое строительство стоят определенные вызовы. Необходимо обеспечить надежные условия для поддержки жизнедеятельности микроорганизмов в различных климатических зонах, а также оптимизировать технологические процессы масштабирования производства. Кроме того, для длительной эксплуатации материала потребуется разработка специальных систем мониторинга и обслуживания, способных сохранять активность бактерий на протяжении всего жизненного цикла здания. Тем не менее данные разработки открывают принципиально новый вектор развития строительных материалов, способных объединять экологичность, биологическую активность и функциональную архитектуру.
Живой материал с фотосинтетическими цианобактериями может стать важной частью решения глобальных экологических проблем, связанных с климатическими изменениями, а также вдохновить новое поколение архитекторов и строителей использовать живую природу в своей работе. Переход от концепций к реальным продуктам и архитектурным решениям на основе живых материалов уже начался и продолжит развиваться в ближайшие годы. Это не просто очередная инновация — это устойчивый путь создания зданий, которые не только потребляют меньше энергии и материалов, но и активно участвуют в защите нашей планеты. Соединение биологических процессов с технологиями производства строительных элементов открывает обширные возможности для устойчивого и гармоничного взаимодействия человека и природы, что особенно важно в эпоху глобальных вызовов и поиска эффективных климатических решений.
