Edifici viventi: cemento batterico per città più pulite

Un team di ingegneri della prestigiosa università ETH di Zurigo ha introdotto un nuovo metodo di costruzione che utilizza batteri fotosintetici per ridurre le emissioni di carbonio e rafforzare il supporto strutturale in calcestruzzo. L'architettura vivente potrebbe avere un impatto significativo sulla progettazione edilizia futura. Ecco cosa c'è da sapere.

Anidride carbonica

L'anidride carbonica è uno dei principali gas serra che contribuiscono al cambiamento climatico. Questa composizione chimica può causare danni irreparabili allo strato di ozono, agli ecosistemi locali e alla salute nel tempo. Quando i livelli di CO₂ non vengono controllati, possono verificarsi cambiamenti catastrofici, come l'alterazione del pH degli oceani.

La rimozione della CO2 è un grande business

Tutte queste preoccupazioni hanno spinto il mondo a compiere uno sforzo concertato per ridurre e rimuovere la CO2 dall'atmosfera, ove possibile. Ad oggi, gli ingegneri hanno ideato diversi metodi per raggiungere questo obiettivo. Dai filtri speciali ai materiali che convertono la sostanza chimica in altri minerali meno nocivi, non sono mancate le soluzioni originali.

Concetti come i sistemi di cattura diretta dell'aria e la riforestazione mirano a rimuovere direttamente il carbonio dall'aria. Questi approcci si sono dimostrati efficaci. Tuttavia, sono costosi e non facilmente adattabili alla domanda globale di questi servizi. Riconoscendo questi limiti, un team di scienziati ha cercato un modo per integrare la cattura di CO2 nella vita quotidiana senza ostacolarla.

Studio di architettura vivente

Migliori Doppio sequestro del carbonio con materiali viventi fotosintetici studio¹, recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications, evidenzia l'uso di batteri miscelati al calcestruzzo da costruzione per catturare la CO2. Per raggiungere questo obiettivo, gli ingegneri sfruttano una delle forme di vita più antiche al mondo: i cianobatteri fotosintetici.

Questo batterio è in grado di effettuare la fotosintesi, che rimuove la CO2 dall'aria, senza compromettere la stabilità o la resistenza del calcestruzzo. A tal fine, il team immagina un futuro in cui gli isolati cittadini potranno purificare l'aria autonomamente attraverso i propri edifici. Questi edifici possono sequestrare e immagazzinare direttamente la CO2, riducendo i costi e migliorando significativamente la qualità dell'aria.

Fonte - Valentina Mori Biennale di Venezia

La miscela di cemento batterico crea un materiale vivo che cresce e si rafforza assorbendo più CO2 durante la fotosintesi. Incredibilmente, assorbe attivamente la CO2 e la converte in biomassa e minerali carbonatici senza bisogno di elettricità o di installazioni separate.

Cambiare l'ambiente chimico

Gli ingegneri hanno notato che, man mano che i batteri iniziano a sifonare e immagazzinare la CO2 nell'area, ciò modificherà positivamente l'ambiente locale. La riduzione dell'impronta di carbonio favorirà la crescita di carbonati solidi, ottimi per assorbire la CO2, creando un ciclo naturale di riduzione della CO2.

idrogel

Nell'ambito del loro approccio, i ricercatori hanno creato un gel stampabile per la somministrazione dei batteri. L'idrogel fornisce l'umidità necessaria per promuovere la crescita batterica. Integra inoltre polimeri reticolati ottimizzati per la durata e la fotosintesi. Nello specifico, gli ingegneri hanno utilizzato forme geometriche speciali per massimizzare la penetrazione della luce e migliorare il flusso di nutrienti verso i batteri.

Stampabile in 3D

È interessante notare che l'idrogel è stampabile in 3D, il che ne facilita l'integrazione. Gli ingegneri stampano l'idrogel con batteri infusi nella prima fase. In questa fase, l'idrogel è morbido e può adattarsi a spazi ristretti. Dopo i primi 30 giorni di fotosintesi, i batteri stampati sono in grado di sostenersi da soli. Con il passare del tempo, diventerà più rigido e resistente, utilizzando la CO2 atmosferica per alimentare questo cambiamento che avviene dall'interno verso l'esterno.

Testare il concetto di architettura vivente

Lo scienziato ha condotto diversi test di laboratorio per garantire l'accuratezza dei loro concetti. Hanno stampato in 3D una piccola forma e ne hanno monitorato l'attività e la crescita per 400 giorni. Il team era desideroso di registrare aspetti vitali come il flusso di nutrienti ai batteri e la resistenza dell'idrogel.

Risultati del test di architettura vivente

I risultati dei test hanno dimostrato che il materiale vivente può sequestrare CO₂ per più di un anno senza alcun consumo energetico. Il team ha osservato che il dispositivo ha estratto con successo CO₂ per 2 giorni, con un tasso impressionante di 400 milligrammi di CO₂ per grammo di materiale.

Il test ha rivelato che la CO2 viene catturata e convertita in minerali. Questi minerali vengono poi depositati all'interno del materiale, rafforzandone il nucleo e le proprietà meccaniche. In particolare, il team ha registrato che l'idrogel ha permesso alle cellule di diffondersi all'interno del materiale e di catturare la CO2 senza incidenti.

Benefici dello studio di architettura vivente

Costruire con materiali viventi potrebbe portare molti benefici al mondo. Innanzitutto, questa tecnologia potrebbe avere un impatto significativo sulla qualità dell'aria urbana. Analizzando la qualità dell'aria a livello globale, è facile notare che le aree con maggiore densità di popolazione presentano la peggiore qualità dell'aria.

Questo problema deriva da diversi fattori, tra cui un maggior numero di persone che significa più inquinamento e un maggior numero di edifici che significano molti meno alberi per rimuovere naturalmente la CO2 dall'ambiente. Questa strategia aiuta a risolvere il problema senza costringere le persone a tornare a vivere in capanne di legno.

Sostenibilità

La sostenibilità è uno dei maggiori vantaggi che questa tecnologia offre al mercato. Rinforzare il calcestruzzo utilizzato per costruire è un'idea intelligente che ridurrà i costi infrastrutturali e ne migliorerà la durata. Inoltre, questa opzione ecologica non richiede l'allacciamento alla rete elettrica per funzionare. I batteri necessitano solo di una minima quantità di luce solare, acqua e CO2 per avviare la fotosintesi.

Versatilità

Un altro grande vantaggio di questo approccio è la versatilità. I ​​materiali stampati in 3D possono essere modellati o adattati a quasi qualsiasi progetto, facilitandone l'integrazione negli edifici futuri. Se abbinati a tecnologie come i sistemi abitativi stampati in 3D, è facile immaginare un mondo in cui le case vengono stampate in pochi giorni e svolgono un ruolo vitale nel garantire la sicurezza dell'ecosistema.

EFFICIENZA

Nessun altro sistema di cattura diretta del carbonio dall'aria può eguagliare l'efficienza dell'utilizzo dei batteri per rimuovere gli inquinanti. Queste soluzioni naturali distribuiscono passivamente i fluidi nutritivi in ​​tutto il corpo per capillarità, eliminando la necessità di pompe, motori, batterie e tutti gli altri dispositivi che rendono costosi i metodi di cattura diretta.

Applicazioni del mondo reale

Esiste una lunga lista di applicazioni concrete per questa tecnologia. Ci si aspetta di vederla inizialmente utilizzata in progetti di costruzione. È facile immaginare una città in cui gli edifici depurano costantemente l'aria dagli inquinanti. Questa metropoli verde contribuirebbe a prevenire il cambiamento climatico e a promuovere la sostenibilità a un livello superiore.

Cronologia dell'architettura vivente

Gli ingegneri vorrebbero vedere il calcestruzzo vivente in uso entro i prossimi 10 anni. Tuttavia, potrebbero realizzare il loro desiderio molto prima, poiché l'ONU ha fissato obiettivi di riduzione delle emissioni di CO2 per contribuire a contrastare i cambiamenti climatici. Ora, il team condurrà esperimenti sul calcestruzzo per verificarne l'idoneità ad applicazioni edilizie su larga scala e altro ancora.

Ricercatori dello studio di architettura vivente

Gli ingegneri dell'ETH hanno guidato lo studio sull'architettura vivibile. L'articolo riporta Dalia Dranseike, Yifan Cui e Mark W. Tibbitt come autori principali. Hanno beneficiato del supporto di un team di scienziati, tra cui Andrea S. Ling, Felix Donat, Stéphane Bernhard, Margherita Bernero, Akhil Areeckal, Marco Lazic, Xiao-Hua Qin, John S. Oakey, Benjamin Dillenburger e André R. Studart.

Architettura vivente del futuro

Il futuro dell'architettura vivente dipenderà da alcuni fattori chiave. Il gruppo ha già presentato il suo calcestruzzo vivente alla Biennale di Architettura di Venezia. Qui, il team ha svelato due strutture stampate in 3D a forma di albero, in grado di rimuovere 18 kg di CO2 all'anno dall'atmosfera. Un dato impressionante: questo tasso di cattura della CO2 è equivalente a quello di un pino di 20 anni.

Investire nel mercato della cattura del carbonio

Il mercato della cattura della CO2 ha registrato un notevole impulso grazie alla legislazione globale che prende di mira chi inquina. Le aziende possono ora ricevere crediti d'imposta per la riduzione della produzione di CO2 o pagare multe per il mancato rispetto dei nuovi standard. Nonostante questi cambiamenti, alcune aziende sono riuscite ad affermarsi come leader nella fornitura di sistemi di cattura della CO2. Ecco un'azienda che continua a consolidare la propria reputazione di fornitore di servizi di qualità.

Energia di fioritura

Il dottor KR Sridhar ha lanciato Bloom Energy (BE ) nel 2002. All'epoca, l'azienda si chiamava Ion America. Uno dei primi compiti di Ion America fu quello di collaborare con la NASA per creare una cella elettrochimica che avrebbe consentito al rover di Marte di generare energia dopo l'atterraggio sul pianeta rosso.

L'azienda cambiò il suo nome in Bloom Energy poco dopo la conclusione della collaborazione con la NASA. Fu in questo periodo che decise di ampliare il suo lavoro per creare sistemi ad alte prestazioni per la cattura del carbonio, le celle a combustibile e la cattura del calore.

Il sistema di celle a combustibile a ossidi solidi di Bloom Energy riutilizza l'acqua e l'idrogeno provenienti dai gas di scarico delle celle a combustibile. Da lì, il sistema separa la CO2 e la sequestra in minerali che vengono sepolti nel sottosuolo. L'azienda ha anche valutato l'utilizzo del minerale per applicazioni industriali e altro ancora. Chi desidera entrare nel mercato della cattura della CO2 dovrebbe approfondire le prossime offerte di Bloom Energy.

Ultime notizie e sviluppi sulle azioni Bloom Energy (BE)

Cattura del carbonio tramite l'architettura vivente

L'idea di utilizzare gli edifici per catturare l'anidride carbonica è sensata. Città e fabbriche, tra i maggiori inquinatori, hanno tutte una cosa in comune: consumano molto cemento, il che le rende i candidati ideali per l'architettura vivente del futuro. Per ora, l'obiettivo è diffondere l'idea al pubblico e stringere partnership strategiche per portare sul mercato questo concetto rivoluzionario.

Scopri altri fantastici progetti di sostenibilità Qui..

Studi citati:

^{1. Dranseike, D., Cui, Y., Ling, AS et al. Doppio sequestro del carbonio con materiali viventi fotosintetici. Nat Comun 16, 3832 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58761-y}