Calcare biogenico coltivato per produrre Cemento e assorbire CO2

04/07/2022 3603

USA: un team dell'Università del Colorado Boulder (UCB) ha sviluppato un cemento a emissioni zero a partire dal calcare biogenico al posto del calcare da roccia. Il calcare proviene da cocolitofori d'allevamento, che catturano CO2 mentre crescono.

Gli scienziati dell'UCB hanno collaborato al progetto con i colleghi dell'Università della Carolina a Wilmington e del National Renewable Energy Laboratory. Il loro lavoro ha ricevuto 3,2 milioni di dollari in finanziamenti del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.


Un cemento realizzato con l'aiuto dei batteri

I ricercatori di CU Boulder hanno sviluppato un nuovo approccio alla progettazione di edifici più sostenibili a partire dall'uso di materiali biologici.

In uno studio pubblicato sul portale dell'Università, l'ingegnere Wil Srubar e i suoi colleghi descrivono la loro strategia per l'utilizzo dei batteri per sviluppare materiali da costruzione, sistemi che vivono e si moltiplicano e, per di più, potrebbero fornire una minore impronta di carbonio.

"Utilizziamo già materiali biologici nei nostri edifici, come il legno, ma quei materiali non sono più vivi", ha affermato Srubar, assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettonica (CEAE). "E ci siamo chiesti: perché non possiamo tenerli in vita e fare in modo che anche la biologia faccia qualcosa di benefico?"

Si tratterebbe quindi di leganti che continuano a "lavorare" e "crescere" anche dopo la loro applicazione.

I ricercatori affermano che la loro capacità di mantenere in vita i loro batteri con un alto tasso di successo mostra che gli edifici viventi potrebbero non essere troppo lontani in futuro. Tali strutture potrebbero, un giorno, curare le proprie crepe, aspirare tossine pericolose dall'aria o addirittura brillare a comando.

"Sebbene questa tecnologia sia agli inizi, guardando al futuro, i materiali da costruzione viventi potrebbero essere utilizzati per migliorare l'efficienza e la sostenibilità della produzione di materiali da costruzione e potrebbero consentire ai materiali di percepire e interagire con il loro ambiente", ha affermato Chelsea Heveran, autrice principale dello studio. assistente di ricerca post-dottorato presso CU Boulder, ora presso la Montana State University.

 

La soluzione di Srubar: fare lavorare i batteri.

In particolare, lui e i suoi colleghi hanno sperimentato cianobatteri appartenenti al genere Synechococcus. Nelle giuste condizioni, questi microbi verdi assorbono anidride carbonica per aiutarli a crescere e produrre carbonato di calcio, l'ingrediente principale del calcare e del cemento.

Per iniziare il processo di produzione, i ricercatori inoculare colonie di cianobatteri in una soluzione di sabbia e gelatina. Con le giuste modifiche, il carbonato di calcio sfornato dai microbi mineralizza la gelatina che lega insieme la sabbia e, presto, un mattone.

Come bonus aggiuntivo, tali mattoni rimuoverebbero effettivamente l'anidride carbonica dall'aria, assorbendola e reagendo.

Sono anche resistenti: nel nuovo studio, il team ha scoperto che in una serie di condizioni di umidità hanno all'incirca la stessa resistenza della malta utilizzata oggi dagli appaltatori.

 

Calcare biogenico coltivato per produrre Cemento e assorbire CO2

 

Mattoni che producono mattoni

I ricercatori hanno anche scoperto che potevano far riprodurre i loro materiali. Se si taglia uno di questi mattoni a metà, ognuno dei due è in grado di trasformarsi in un nuovo mattone.

Quei nuovi mattoni sono resilienti: secondo i calcoli del gruppo, circa il 9-14% delle colonie batteriche nei loro materiali erano ancora in vita dopo 30 giorni e tre diverse generazioni sotto forma di mattoni. I batteri aggiunti al calcestruzzo per sviluppare materiali autorigeneranti, al contrario, tendono ad avere tassi di sopravvivenza inferiori all'1%.

"Sappiamo che i batteri crescono a una velocità esponenziale", ha detto Srubar. “È diverso da come, diciamo, stampiamo in 3D un blocco o gettiamo un mattone. Se riusciamo a coltivare i nostri materiali biologicamente, allora possiamo produrre su scala esponenziale”.

 

Una ricerca in fase ancora sperimentale

La ricerca è ancora agli inizi e c'è molto lavoro da fare prima che la tecnologia sia messa a punto. I cianobatteri del team, ad esempio, hanno bisogno di condizioni umide per sopravvivere, cosa che non è possibile nelle regioni più aride del mondo. Quindi Srubar e il suo team stanno lavorando per progettare microbi che sono più resistenti all'essiccazione in modo che rimangano vivi e funzionali.

Ma le possibilità sono grandi.

Srubar immagina un futuro in cui i fornitori potrebbero spedire sacchi pieni degli ingredienti essiccati per realizzare materiali da costruzione viventi. Basterà aggiungere acqua e le persone sul posto potrebbero iniziare a crescere e modellare le proprie case microbiche.

Altri coautori del nuovo studio includono Jeffrey Cameron di CU Boulder, assistente professore in Biochimica; Sherri Cook e Mija Hubler, entrambi assistenti al CEAE; le ricercatrici post-dottorato Juliana Artier e Jishen Qui.