苏黎世联邦理工学院开发出可捕获和储存二氧化碳的3D打印生物材料

2025年6月26日，南极熊获悉，苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）成功开发出一种可3D打印的蓝藻水凝胶新材料，可以吸收大气中的二氧化碳，并将它转化为有机生物质和稳定的碳酸盐矿物。该材料通过创新性的双重碳封存机制，有望为建筑和基础设施领域带来低能耗、环境友好的碳捕获解决方案。

△经过60天的开发期，3D打印的“菠萝”内部生长着蓝藻

苏黎世联邦理工学院大分子工程教授Mark Tibbitt表示：“我们认为我们的活性材料是一种低能耗且环保的方法，它可以吸收大气中的二氧化碳，并补充现有的碳封存化学过程。”

△相关研究已发表在《自然通讯》期刊，题目为“利用光合生物材料进行双重碳封存”（传送门）

它如何运作以及为何重要

研究人员表示，这种材料随时间增长而硬化，并持续捕获二氧化碳。过程仅依赖于光和富含营养的人工海水溶液。它的独特之处在于这种创新的双重碳封存策略，使吸收的二氧化碳量大于仅通过有机生长储存的量。

Tibbitt解释说：“这是因为这种材料不仅能够将碳储存在生物质中，还能以矿物质的形式储存碳——这是蓝藻的一种特殊特性。”

△用于双重碳封存的光合生物材料的制备

活细胞被嵌入水凝胶中，水凝胶是由高含水量交联聚合物构成的水性网络。研究团队选择的聚合物结构有利于光、二氧化碳、水和营养物质在材料中的运输，同时确保蓝藻在其中均匀分布和被包裹。

为了最大限度地延长蓝藻的寿命和提高它的效率，研究人员利用3D打印技术优化了结构的几何形状。这种设计增加了表面积，提高了光线穿透力，并促进了材料内部的营养循环。

最终实验表明，该材料能够稳定地捕获二氧化碳长达400天，主要以矿物形式储存——每克材料可吸收约26毫克二氧化碳。这一性能超越了许多生物方法，甚至可与再生混凝土中的化学矿化作用相媲美，后者每克材料可吸收约7毫克二氧化碳。

△采用3D打印技术制造一种特殊的双重碳封光合生物结构

未来应用及展望

Tibbitt说：“未来，我们想研究如何将这种材料用作建筑外墙的涂层，以便在建筑的整个生命周期内结合二氧化碳。”

下一步，研究人员希望进一步探索将这种材料应用于建筑外墙涂层的可能性，以实现在建筑整个生命周期内持续吸收二氧化碳的目标。这种生物材料的推广和应用可能对减少大气中二氧化碳浓度、缓解气候变化具有重要意义，并有望成为补充现有化学封存方法的环境可持续技术。