含藍藻的3D打印材料擁有雙重固碳能力

科技日報訊 （記者張佳欣）據最新一期《自然·通訊》雜誌報道，瑞士蘇黎世聯邦理工學院的跨學科研究團隊將光合細菌藍藻穩定地包裹進一種可3D打印的水凝膠中，研製出一種能夠生長、具有活性的材料，可在陽光和人工海水中自行生長，並主動從空氣中移除二氧化碳。

這種材料具備雙重固碳能力，不僅能將藍藻生長過程中吸收的二氧化碳固定，還能以礦物形式儲存二氧化碳。研究團隊表示，這項跨學科的合作如將微生物的代謝功能引入建築材料，可構建出一種“活的碳匯”，為綠色建築和碳捕集技術帶來新可能。

藍藻具有極高的光合效率，哪怕是微弱的光照，也能利用水和二氧化碳製造生物質。與此同時，光合作用還會改變細胞外的化學環境，使得碳酸鹽（如石灰）等固體礦物沉澱生成。這些礦物是另一種形式的碳匯，相較於生物質，其儲碳更加穩定。

利用藍藻是天然的“築造者”這一特性，研究團隊意外發現，這些礦物會沉積在材料內部，從而增強其機械強度。也就是説，藍藻通過逐步“硬化”原本柔軟的結構，為材料帶來了自我強化的能力。

包裹藍藻細胞的基礎材料是一種高含水量的水凝膠。既能傳導光線和營養，又讓藍藻均勻分佈其中。為了讓藍藻儘可能長久地存活並高效運作，研究團隊還利用3D打印優化了結構幾何，提高表面積，增加了光照穿透力，同時促進了營養流動。

實驗顯示，這種材料在長達400天的時間裏持續捕獲二氧化碳，其中大部分以礦物形式儲存下來，每克材料平均固碳約26毫克，遠高於許多傳統的生物方案，同時也可與循環混凝土的礦化處理效果媲美（約7毫克/克）。實驗還證實，這些被包裹的藍藻在材料中持續高效運作了一年以上。