含蓝藻的3D打印材料拥有双重固碳能力

科技日报讯 （记者张佳欣）据最新一期《自然·通讯》杂志报道，瑞士苏黎世联邦理工学院的跨学科研究团队将光合细菌蓝藻稳定地包裹进一种可3D打印的水凝胶中，研制出一种能够生长、具有活性的材料，可在阳光和人工海水中自行生长，并主动从空气中移除二氧化碳。

这种材料具备双重固碳能力，不仅能将蓝藻生长过程中吸收的二氧化碳固定，还能以矿物形式储存二氧化碳。研究团队表示，这项跨学科的合作如将微生物的代谢功能引入建筑材料，可构建出一种“活的碳汇”，为绿色建筑和碳捕集技术带来新可能。

蓝藻具有极高的光合效率，哪怕是微弱的光照，也能利用水和二氧化碳制造生物质。与此同时，光合作用还会改变细胞外的化学环境，使得碳酸盐（如石灰）等固体矿物沉淀生成。这些矿物是另一种形式的碳汇，相较于生物质，其储碳更加稳定。

利用蓝藻是天然的“筑造者”这一特性，研究团队意外发现，这些矿物会沉积在材料内部，从而增强其机械强度。也就是说，蓝藻通过逐步“硬化”原本柔软的结构，为材料带来了自我强化的能力。

包裹蓝藻细胞的基础材料是一种高含水量的水凝胶。既能传导光线和营养，又让蓝藻均匀分布其中。为了让蓝藻尽可能长久地存活并高效运作，研究团队还利用3D打印优化了结构几何，提高表面积，增加了光照穿透力，同时促进了营养流动。

实验显示，这种材料在长达400天的时间里持续捕获二氧化碳，其中大部分以矿物形式储存下来，每克材料平均固碳约26毫克，远高于许多传统的生物方案，同时也可与循环混凝土的矿化处理效果媲美（约7毫克/克）。实验还证实，这些被包裹的蓝藻在材料中持续高效运作了一年以上。