Recientemente, investigadores del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich han presentado un material activo compuesto de hidrogel y cianobacterias incrustadas, diseñado para ayudar a reducir la huella de carbono de edificios e infraestructuras futuras.

En la Bienal de Venecia y la Trienal de Milán, dos exposiciones exploran la aplicación de biomateriales en la arquitectura. Investigadores de diferentes disciplinas del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich colaboraron para combinar materiales tradicionales con bacterias, algas y hongos, con el objetivo de crear materiales activos que obtengan propiedades útiles a través del metabolismo microbiano, como la capacidad de absorber dióxido de carbono del aire mediante fotosíntesis.

Hoy, un equipo de investigación interdisciplinario liderado por el profesor de ingeniería macromolecular del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich, Mark Tibbitt, ha convertido esta visión en realidad. Han integrado de manera estable bacterias fotosintéticas (cianobacterias) en geles imprimibles, desarrollando un material vivo que puede crecer y remover activamente carbono del aire. Los investigadores publicaron recientemente los resultados en la revista Nature Communications.

Este material puede formarse mediante impresión 3D y crece solo con luz solar, agua de mar artificial rica en nutrientes y dióxido de carbono. Tibbitt declaró que, como material de construcción, promete almacenar dióxido de carbono directamente en edificios en el futuro. Lo especial de este material es que absorbe más dióxido de carbono que el absorbido a través del crecimiento orgánico. Esto se debe a que las cianobacterias no solo almacenan carbono en forma de biomasa, sino también en forma de minerales; las bacterias alteran el entorno químico extracelular mediante fotosíntesis, precipitando carbonatos sólidos (como la cal), que forman sumideros de carbono adicionales y almacenan el dióxido de carbono en una forma más estable, mientras que la deposición mineral refuerza mecánicamente el material, endureciendo gradualmente la estructura inicialmente blanda.

Una de las dos primeras autoras del estudio, Yifan Cui, explicó que las cianobacterias son una de las formas de vida más antiguas del mundo, con una fotosíntesis eficiente que puede utilizar incluso la luz más débil para convertir dióxido de carbono y agua en biomasa. Las pruebas de laboratorio muestran que el material absorbe dióxido de carbono continuamente durante 400 días, principalmente en forma mineral, absorbiendo aproximadamente 26 mg de dióxido de carbono por gramo de material, superando muchos métodos biológicos y comparable a la mineralización química del concreto regenerado (alrededor de 7 mg de dióxido de carbono por gramo).

El material portador de células vivas es un hidrogel; la red polimérica seleccionada por el equipo de Tibbitt transporta luz, dióxido de carbono, agua y nutrientes, permitiendo una distribución uniforme de las células dentro del material. Para asegurar que las cianobacterias sobrevivan lo más posible y mantengan una alta eficiencia, los investigadores optimizaron la geometría estructural mediante impresión 3D, aumentando el área superficial, la penetración de luz y el flujo de nutrientes. La co-primera autora Dalia Dranseike dijo que este enfoque crea diseños que permiten la penetración de luz y la distribución pasiva de nutrientes a través de la fuerza capilar por toda la estructura; gracias a esto, las cianobacterias encapsuladas pueden sobrevivir de manera eficiente durante más de un año.

Los investigadores creen que este material activo es un método de bajo consumo energético y ecológico para absorber dióxido de carbono atmosférico, complementando los procesos químicos de secuestro de carbono existentes. Tibbitt vislumbra que en el futuro se investigue su uso como recubrimiento para fachadas de edificios, absorbiendo dióxido de carbono durante todo el ciclo de vida de la construcción.