Et byggemateriale der faktisk er i live
Det er ikke endnu et lag grøn maling på en facade eller en dekorativ lodret have. Det her drejer sig om et materiale, der opfører sig som noget midt imellem puds og en levende organisme – det ånder, vokser, mineraliserer sig og er i stand til permanent at "låse" CO₂ inde i sig selv. Hvis teknologien slår igennem i stor skala, kunne facaderne på boligblokke og kontorbygninger fungere lidt som en kunstig skov.
Alger der fungerer som mini-betonfabrikker
Kernen i projektet er såkaldte cyanobakterier, som i daglig tale ofte omtales som blågrønne alger. De er blandt de ældste organismer på Jorden – de har eksisteret i over 3 milliarder år. Siden tidernes morgen har de mestret fotosyntesen: omdannelsen af sollys, vand og CO₂ til ilt og organiske forbindelser.
Forskerholdet fra ETH Zürich – den schweiziske forbundspolytekniske højskole – tog konceptet et afgørende skridt videre. De brugte disse mikroorganismer ikke blot som en slags "støvsuger" for kuldioxid. Det virkelig interessante er, at bestemte arter af cyanobakterier kan omdanne det optagne kulstof til mineraler, der minder om calciumkarbonat – det samme stof, som kendes fra kalksten og muslingeskaller.
Den samme proces, der i millioner af år byggede koralrev og kalkstensklipper, har forskerne nu presset ind i et tyndt lag fremtidig puds.
Organismen vokser først i en fugtig gel, hvor den opsamler CO₂ og producerer biomasse. Når væksten når sin grænse, sætter anden fase ind: mineralisering. Inde i materialet dannes et slags indre "stenskeleton". Dermed forbliver kulstoffet fanget i lang tid, og selve kompositmaterialet bliver gradvist hårdere og hårdere.
Hydrogel som et akvariums oase – men 3D-printet
For at give algerne et sted at leve, udviklede forskerne en særlig hydrogel. Det er et blødt, vandmættet materiale med en meget porøs struktur. Det fungerer lidt som en svamp: det lader vand, gas og lys passere igennem, mens det samtidig opretholder stabile betingelser for mikroorganismerne.
Det mest bemærkelsesværdige er, at denne hydrogel kan 3D-printes. Det giver mulighed for at forme komplicerede geometrier og simultaneously styre tykkelse, gennemtrængelighed og den måde, lyset rammer algecellerne på. I praksis kan man altså designe en facade, der maksimerer CO₂-optagelsen under de givne lysforhold.
- Hydrogelen udgør cyanobakteriernes "hjem".
- Den 3D-printede struktur letter tilførslen af lys, vand og kuldioxid.
- Det høje vandindhold beskytter cellerne mod udtørring.
- Materialets porøsitet påvirker mineraliseringstempoet.
Under laboratorietests fungerede materialet uafbrudt i cirka 400 dage. I den periode bandt det i gennemsnit 26 mg CO₂ pr. gram masse – og det i form af varige mineralske aflejringer. Sammenlignet med andre biologiske metoder til CO₂-opsamling er det en bemærkelsesværdig høj effektivitet.
Vægge der virkelig "ånder" kuldioxid ind
Holdet fra ETH Zürich har ingen planer om at stoppe ved laboratorieprøver. Målet er, at materialet på sigt skal anvendes på bygningsfacader som en slags aktiv belægning. En facade beklædt med dette kompositlag ville blive meget mere end blot regnskærm – den ville aktivt bidrage til byens kulstofregnskab.
På en arkitekturudstilling i Venedig præsenterede forskerne prototyper formet som organiske "stammelementer". Hvert sådant element kan efter deres beregninger optage op til 18 kg CO₂ om året. Det svarer omtrent til, hvad et gennemsnitligt 20-årigt nåletræ absorberer i samme periode.
| Objekt | Anslået CO₂-optagelse pr. år |
|---|---|
| Prototypemodul af hydrogel | op til 18 kg |
| Gennemsnitligt 20-årigt skovfyr | tilsvarende værdi |
Gennem det 400 dage lange forsøg mørkede prøverne gradvist og fik et grønt skær, efterhånden som algerne intensiverede fotosyntesen. Samtidig stivnede materialet, fordi karbonatmineraler opbyggedes indefra. Det, der startede som en blød gel, begyndte altså at opføre sig som et holdbart, halvstenagtigt kompositmateriale.
Materialet mister ikke sine mekaniske egenskaber over tid – tværtimod "modnes" det og bliver stadigt mere stift og robust.
Bioteknologi sætter fart på det grønne byggeri
Forskerne ved ETH ser dette som blot det første skridt. De planlægger at genmodificere de anvendte cyanobakterier for yderligere at øge deres fotosyntesehastighed og mineraliseringstempo. Én enkelt ændring i et metabolisk forløb kan teoretisk set betyde, at den samme kvadratmeter facade binder langt mere CO₂ på kortere tid.
Forskergruppen overvejer desuden, hvordan man bedst tilfører algerne næringsstoffer. I forsøgene anvendtes kunstigt havvand rigt på mineralsalte. Under reelle bymæssige forhold er det selvsagt ikke muligt at holde materialet konstant nedsænket i en sådan opløsning. Der skal altså udvikles en metode til enten at indbygge de nødvendige grundstoffer direkte i komposittens struktur eller koble den til et diskret sprinklingssystem.
Et energibesparende alternativ til industrielle anlæg
En af det levende materiales store fordele er dets lave energiforbrug. Konventionelle CO₂-fangstanlæg kræver ofte høje temperaturer, kraftige ventilatorer og kompleks kemi. Her er drivkraften solen, og al kemi foregår inde i algecellerne selv.
Cyanobakterierne klarer selv den sværeste del af arbejdet: de optager gassen fra omgivelserne, omdanner den og lukker den inde som et mineralsk skelet. For ingeniører betyder det en teknologi, der nemt lader sig integrere i eksisterende infrastruktur – for eksempel som et ekstra lag på præfabrikerede facadepaneler.
Det er ikke en konkurrent til industrielle CO₂-fjernelsesanlæg, men et supplerende redskab, som arkitekturen kan få med i købet ved valget af et nyt materiale.
Hvad kan det betyde for byer og byggeri?
Hvis lignende løsninger finder vej til markedet, vil begrebet "bæredygtig bygning" få en helt ny betydning. I dag handler grønt byggeri primært om at reducere energiforbrug, forbedre varmeisolering og genanvende materialer. Her handler det om aktivt at fjerne drivhusgasser fra atmosfæren.
Forestil dig en boligblok beklædt med et lag af dette materiale. Hver etage fungerer som et tyndt "bælte" af skov. Ti eller tyve sådanne bygninger på samme boligområde ville potentielt kunne neutralisere et lokalt fjernvarmeanlægs eller et kvarters bilers årlige udledning. Det er selvfølgelig en vision, der rækker årtier frem i tid – men tallene fra forsøgene viser, at det ikke er ren fantasi.
Muligheder, risici og praktiske spørgsmål
Inden teknologien kan rulles ud i stor skala, er der flere tekniske spørgsmål, der kræver svar. Cyanobakterierne skal overleve frost, langvarig tørke og kontakt med støv og forurening fra travle gader. Det skal også fastlægges, hvor ofte materialet kræver "service", og om det med årene begynder at skalles af eller miste sine egenskaber.
Sundhedsaspektet er ligeledes relevant – visse blågrønne algearter producerer i naturen giftstoffer. Forskerne udvælger derfor kun sikre stammer og indkapsler dem desuden i gelstrukturen, så de ikke kan slippe ud i omgivelserne. Ikke desto mindre vil bygnings- og sundhedsstandarder sandsynligvis kræve grundige tests.
Lykkes det at overkomme disse barrierer, kan materialer med levende mikroorganismer blive en fast del af arkitekternes værktøjskasse. Allerede i dag eksperimenteres der med mycelium som erstatning for styropor og med tegl "dyrket frem" ved hjælp af bakterier. Algerne tilføjer til denne samling funktionen aktiv CO₂-fjernelse kombineret med konstruktionsstyrkelse gennem mineralisering.
For den almindelige bygningsbruger er det måske mest fascinerende, at sådanne løsninger ikke behøver at se ud som et laboratorium. Hydrogelen er enten usynlig bag det yderste finish-lag eller former sig som skulpturelle paneler, der giver facaden karakter. Og alligevel arbejder der i stilhed en enorm, mikroskopisk "by" af organismer, dag efter dag, der omdanner kuldioxid til noget hårdt som sten.
