Revolutionerende materiale vokser som en plante
I et laboratorium i Zürich opstår der en helt ny type byggemateriale, der opfører sig som noget midt mellem beton og en stueplante. Dette materiale kan trække drivhusgasser ud af atmosfæren, blive stærkere med tiden og endda lukke små revner helt af sig selv.
Forskere har udviklet et konstruktionsmateriale baseret på mikroskopiske organismer, der aktivt fjerner CO₂ fra luften. Hvis denne teknologi kan skaleres op, vil bygninger i fremtiden kunne bidrage aktivt til at bremse den globale opvarmning i stedet for blot at stå passivt i landskabet.
Cyanobakterier gør det tunge arbejde
Forskningsholdet fra ETH Zürich har skabt et såkaldt levende materiale, hvor mikroskopiske organismer udfører selve arbejdet. Disse cyanobakterier, som mange kender som alger, har eksisteret i over tre milliarder år og spiller en central rolle i naturens kulstofomsætning.
De antikke mikroorganismer bruger sollys til at omdanne CO₂ til ilt og organiske forbindelser gennem fotosyntese. Det schweiziske team har indkapslet bakterierne i en specialdesignet hydrogel – et vandigt, porøst materiale der minder om en blød, gennemsigtig gelé.
Materialet suger CO₂ ud af luften, omdanner det til faste mineraler og bliver dermed stærkere i stedet for svagere over tid.
Ifølge forskerne kan dette nye byggemateriale på sigt fungere som facadebeklædning, paneler eller dekorative elementer på konstruktioner, der år efter år aktivt opsuger drivhusgasser fra atmosfæren.
Fra blød gel til hård grøn sten
Mineraler danner et internt skelet
Forskerholdet fulgte materialet i 400 dage i træk. I den periode forvandlede den oprindeligt bløde, gennemsigtige gel sig gradvist til noget grønnere og mere solidt. Bakterierne fortsatte deres aktivitet, udførte fotosyntese og opbyggede trinvist flere mineraler.
I gennemsnit formåede materialet at fastlåse 26 milligram CO₂ per gram gel i form af faste mineralstrukturer. For et biologisk system er dette en relativt høj mængde, og det giver samtidig en tydelig fordel for materialets mekaniske egenskaber.
- CO₂ bliver lagret i bakteriernes biomasse
- En del af kuldioxiden omdannes til solide mineraler
- Disse mineraler skaber et stift, bærende netværk inde i materialet
Normalt stopper væksten af sådanne organismer efter omkring tredive dage, og dermed ophører også den midlertidige CO₂-lagringskapacitet. Gennem den ekstra mineraliseringsproces bliver en betydelig del af drivhusgassen lagret langt mere varigt i stenagtige strukturer.
3D-printet gel som hjemsted for levende celler
Porøs struktur giver adgang til lys og luft
Kernen i innovationen er en 3D-printbar hydrogelopskrift. Sammensætningen og strukturen af dette materiale er udvalgt således, at lys, vand og CO₂ kan trænge dybt ind. Disse tre faktorer bestemmer, hvor meget fotosyntese bakterierne kan udføre.
Gelen indeholder meget vand og har et porøst netværk af små kanaler. Dette gør det nemt for næringsstoffer og gasser at cirkulere. Samtidig forbliver strukturen solid nok til at kunne forarbejdes som plader, fliser eller paneler.
Fordi gelen kan printes, opstår der enorme designmuligheder. Arkitekter kan eksempelvis designe bølgende facader, perforerede paneler eller træagtige søjler, der alle aktivt optager CO₂ fra omgivelserne.
Bygninger der ånder som træer
Facader der fanger drivhusgasser
Forskerne forestiller sig primært anvendelse i bygningers ydre skal. Tænk på paneler på facaden, der opfanger sollys og samtidig lader luft strømme forbi det levende lag, hvor gasserne kan optages.
På en arkitekturudstilling i Venedig præsenterede teamet allerede prototyper formet som kunstige trækstammer. Hver stamme kan ifølge beregningerne optage op til 18 kilo CO₂ om året, sammenlignelig med hvad et tyve år gammelt fyrretræ fjerner fra atmosfæren.
Ved at kombinere flere af denne slags elementer kan en hel bygning fjerne en mærkbar mængde CO₂ fra luften. Ikke nok til at kompensere for en hel bys udledning på én gang, men tilstrækkeligt til at reducere byggesektorens eget klimaaftryk betydeligt.
Selvhelende egenskaber gennem fortsat vækst
En fascinerende bivirkning viser sig i materialets evne til delvist at lukke små revner eller skader af sig selv. Så længe bakterierne får tilstrækkelig lys, vand og CO₂, fortsætter de med at afsætte nye mineraler.
Disse mineraler kan fylde revner ud og genoprette overfladen. I praksis vil et sådant levende element stadig kræve vedligeholdelse, men mindre end et fuldstændig dødt materiale, der kun slides ned. Samtidig skal nogen holde øje med, at organismerne ikke dør af udtørring, forurening eller ekstrem varme.
Lavt energiforbrug som stor fordel
Mange eksisterende teknikker til CO₂-opsamling arbejder med store anlæg, der konstant blæser luft gennem filtre eller kemiske opløsninger. Det koster massiv energi, hvilket betyder, at en del af gevinsten går tabt igen.
Det levende byggemateriale fungerer anderledes. Energikilden er simpelthen sollys. Der er ingen pumpe, ventilator eller varmekedel nødvendig for at holde processen i gang. Så længe facaden fanger tilstrækkeligt dagslys og ikke tørrer fuldstændigt ud, forbliver bakterierne aktive.
Teknologien kører på gratis solenergi og forvandler facader til langsomme, men konstante CO₂-filtre.
Netop derfor kan materialet fungere godt sammen med andre klimatiltag: traditionel CO₂-lagring i udtjente gasfelter, begrønning af byer og lavere udledning i industrien.
Hvad dette betyder for byggebranchen
Byggesektoren står under pres for at sænke både udledningen fra produktion af materialer og påvirkningen fra bygninger i brugsfasen. Materialer der optager CO₂ i stedet for at udlede det giver designere ekstra handlerum.
I teorien kan man gøre en bygning klimavenlig på forskellige niveauer samtidig:
- brug af materialer med lavt CO₂-aftryk, såsom træ og biobaseret isolering
- facader og tage der fastlåser CO₂ via levende materialer
- solpaneler og energibesparende installationer for reduceret energibehov
En kontorbygning kunne således på samme tid være energieffektiv, delvist energiproducerende og CO₂-optageende. Især i tætbebyggede byer, hvor der er begrænset plads til træer og parker, giver dette ekstra muligheder for klimaindsats.
Bioteknikken kan turbolade CO₂-optaget
Forskerne undersøger allerede metoder til at gøre algerne endnu mere effektive. Med genetiske teknikker ønsker de at forbedre fotosyntesen, så hver kvadratmeter facade trækker ekstra CO₂ ud af luften.
Det rejser også nye spørgsmål. Hvordan sikrer man, at sådanne modificerede bakterier ikke bare slipper ud af materialet? Og hvordan garanterer man sikkerhed, hvis paneler beskadiges eller skal nedrives? Denne type spørgsmål er allerede relevante ved andre anvendelser af genetisk modificerede mikroorganismer inden for landbrug eller industri.
En anden praktisk udfordring er næring. I eksperimentet brugte forskerne kunstige saltvandsopløsninger til at levere mineraler og næringsstoffer. Til brug på rigtige bygninger skal dette enten indbygges i selve materialet eller tilføres via regnvand og partikler fra omgivelserne.
Udfordringer før storskala anvendelse
Før denne teknologi dukker op i større boligområder, skal der tages adskillige skridt. Det handler om certificering, brandsikkerhed, holdbarhedstests ved frost, hagl og hedebølger samt spørgsmålet om sikker genbrug af materialet ved endt levetid.
Også æstetik spiller ind. En facade der synligt bliver grønnere og muligvis viser farvevariationer gennem det levende lag, vil være tiltrækkende for nogle og problematisk for andre. Arkitekter og byplanlæggere må tænke med omkring former, farver og mønstre, der passer ind i gadebilledet.
Alligevel viser denne schweiziske forskning, hvordan biologi og byggeri bevæger sig tættere på hinanden. Hvor vi tidligere primært stablede beton og stål, rykker sektoren gradvist mod materialer, der reagerer på deres omgivelser: paneler der producerer energi, vinduer der automatisk mørkner, og nu altså også facader der renser luft og styrker sig selv lidt efter lidt.
Fremtidsperspektiver for levende arkitektur
Det levende byggemateriale repræsenterer et helt nyt paradigme inden for konstruktion. I stedet for at betragte bygninger som statiske strukturer, åbner det op for en fremtid, hvor vores huse og kontorer fungerer som levende økosystemer.
Kombinationen af strukturel integritet og biologisk aktivitet skaber muligheder, vi kun lige er begyndt at forstå. Materialet bliver ikke bare ved med at gøre nytte – det forbedrer faktisk sin egen ydeevne over tid gennem naturlige processer.
Vejen frem kræver samarbejde mellem biologer, materialeforsker, arkitekter og ingeniører. Men hvis denne teknologi modnes, kan den blive en væsentlig brik i bestræbelserne på at skabe en mere bæredygtig bygget verden.
