Materiál, který dýchá a zároveň staví
Tohle není další zelená omítka na fasádu ani okrasná vertikální zahrada. Jde o něco, co se chová jako kříženec mezi štukovou vrstvou a živým organizmem – dýchá, roste, mineralizuje se a dokáže trvale „uzavřít" uvnitř sebe CO₂. Pokud tato technologie pronikne do běžné výstavby, mohly by fasády paneláků a kancelářských budov fungovat trochu jako umělý les.
Řasy jako minifabriky betonu
Základem projektu jsou takzvané sinice, označované také jako modrozelené řasy. Patří k nejstarším organizmům na Zemi – existují déle než tři miliardy let. Od nepamětné doby dokonale zvládají fotosyntézu, tedy přeměnu slunečního světla, vody a CO₂ na kyslík a organické sloučeniny.
Tým z ETH Zürich šel ještě dál a využil tyto mikroorganizmy nejen jako „vysavač" oxidu uhličitého. Klíčové je, že určité druhy sinic dokážou zachycený uhlík přeměnit v minerály podobné uhličitanu vápenatému, který známe z vápence nebo mušlí.
Tentýž proces, který po miliony let budoval útesy a vápencové skály, vědci vtěsnali do tenké vrstvy budoucí omítky.
Organizmy nejprve rostou ve vlhkém gelu, hromadí CO₂ a produkují biomasu. Jakmile dosáhnou hranice svého růstu, spustí se druhá fáze – mineralizace. Uvnitř materiálu vznikne jakési vnitřní „kamenné" lešení. Díky tomu zůstane uhlík uvězněn na dlouhou dobu a samotný kompozit se postupem času stává stále pevnějším.
Hydrogel jako akvarijní oáza tisknutá ve 3D
Aby měly řasy kde žít, vytvořili vědci speciální hydrogel. Jde o měkký, vodou nasycený materiál s velmi porézní strukturou. Funguje trochu jako houba: propouští vodu, plyny i světlo a zároveň udržuje stabilní podmínky pro mikroorganizmy.
Nejzajímavější je, že tento hydroget lze tisknout technologií 3D. To umožňuje tvarovat složité geometrické formy a přitom přesně řídit tloušťku, propustnost i způsob, jakým světlo dopadá na buňky řas. V praxi lze tedy navrhnout fasádu tak, aby za konkrétních světelných podmínek maximalizovala záchyt CO₂.
- Hydroget tvoří „domov" pro sinice.
- Trojrozměrná struktura usnadňuje přístup světla, vody a oxidu uhličitého.
- Vysoký obsah vody chrání buňky před vysycháním.
- Míra poréznosti ovlivňuje rychlost mineralizace.
Při laboratorních testech fungoval materiál nepřetržitě přibližně 400 dní. Za tu dobu zachytil průměrně 26 mg CO₂ na každý gram své hmotnosti, a to v podobě trvalých minerálních usazenin. Ve srovnání s jinými biologickými metodami zachytávání oxidu uhličitého jde o velmi vysokou účinnost.
Stěny, které skutečně „dýchají" oxidem uhličitým
Tým z ETH Zürich nemá v plánu zastavit se na úrovni laboratorních vzorků. Konečným cílem je, aby se materiál dostával na fasády budov jako druh aktivního povlaku. Obvodový plášť budovy dokončený takovým kompozitem by byl víc než jen ochranou před deštěm – aktivně by pracoval na uhlíkové bilanci celého města.
Na architektonickém bienále v Benátkách vědci představili prototypy ve tvaru organicky tvarovaných „kmenů". Každý takový prvek je podle jejich výpočtů schopen pohltit až 18 kg CO₂ ročně. To je přibližně tolik, kolik průměrně absorbuje jeden dospělý jehličnatý strom ve věku přibližně 20 let.
| Objekt | Odhadované množství pohlceného CO₂ ročně |
|---|---|
| Prototypový modul z hydrogelu | až 18 kg |
| Průměrný 20letý jehličnatý strom | srovnatelná hodnota |
Během 400denního experimentu vzorky postupně tmavly a zelenaly, protože řasy intenzivně fotosyntetizovaly. Zároveň materiál tuhl, neboť uvnitř se hromadily uhličitanové minerály. Něco, co zpočátku připomínalo měkký gel, se začalo chovat jako odolný, polokovový kompozit.
Materiál nejenže v průběhu času neztrácí mechanické vlastnosti, ale přímo „zraje" – stává se stále tužším a odolnějším.
Biotechnologie urychluje zelené stavebnictví
Vědci z ETH vnímají toto řešení pouze jako první krok. Plánují geneticky upravovat použité sinice, aby ještě zvýšili jejich fotosyntetickou účinnost a rychlost mineralizace. Teoreticky může jediná změna v metabolické dráze způsobit, že tentýž metr čtvereční fasády zachytí výrazně více CO₂ za kratší dobu.
Výzkumníci rovněž přemýšlejí nad optimálním systémem zásobování řas živinami. V experimentech zatím používali umělou mořskou vodu bohatou na minerální soli. V reálném městském prostředí ale nelze materiál trvale ponořit do takového roztoku. Je proto nutné vyvinout způsob, jak potřebné prvky „zabudovat" přímo do struktury kompozitu nebo ho propojit s nenápadným závlahovým systémem.
Energeticky úsporná alternativa k průmyslovým instalacím
Velkou předností živého materiálu jsou nízké energetické náklady. Tradiční instalace pro zachytávání CO₂ často vyžadují vysoké teploty, výkonné ventilátory a složitou chemii. Tady je „motorem" slunce a veškerá chemie probíhá uvnitř buněk řas.
Sinice samy zvládají nejtěžší část práce: odebírají plyn z okolí, zpracovávají ho a uzavírají do podoby kamenné kostry. Pro inženýry to znamená technologii snadno integrovatelnou do stávající infrastruktury – například jako dodatečnou vrstvu na prefabrikovaných fasádních panelech.
Nejde o konkurenci průmyslovým instalacím na odstraňování CO₂, ale o doplňkový nástroj, který architektura může získat v balíčku s novým stavebním materiálem.
Co to může změnit ve městech a ve stavebnictví
Pokud podobná řešení proniknou na trh, pojem „udržitelná budova" získá zcela nový rozměr. Dnešní zelené stavebnictví se soustředí především na snižování spotřeby energie, tepelnou izolaci nebo recyklaci materiálů. Tady jde o aktivní odstraňování skleníkových plynů z atmosféry.
Představte si obytný dům pokrytý vrstvou takového materiálu. Každé patro funguje jako tenký „pás" lesa. Desítky podobných budov na jednom sídlišti by mohly neutralizovat roční emise místní kotelny nebo části okolních automobilů. Je to samozřejmě vize na příští dekády, ale čísla z experimentů ukazují, že to není pouhá fantazie.
Příležitosti, rizika a praktické otázky
Před nasazením ve velkém měřítku se objevuje několik technických otazníků. Sinice musí přežít mráz, dlouhotrvající sucho, kontakt s prachem i znečištěním z rušných ulic. Je také potřeba zjistit, jak často takový materiál vyžaduje „servis" a zda se po letech nezačne odlupovat nebo ztrácet své vlastnosti.
Důležitá je i otázka zdravotní bezpečnosti – některé druhy sinic v přírodních vodních nádržích produkují toxiny. Vědci proto vybírají výhradně bezpečné kmeny a navíc je uzavírají do struktury gelu tak, aby se nedostaly do okolního prostředí. Přesto stavební a hygienické normy pravděpodobně vyžádají přísné testování.
Podaří-li se tyto překážky překonat, mohou se materiály s živými mikroorganizmy stát běžnou součástí nástrojů architektů. Už dnes se experimentuje s myceliem jako náhradou za polystyren nebo s cihlami „pěstovanými" pomocí bakterií. Řasy do tohoto souboru přidávají funkci aktivního odstraňování CO₂ a zpevňování konstrukce prostřednictvím mineralizace.
Pro průměrného obyvatele budovy je nejzajímavější to, že taková řešení nemusí vypadat jako laboratoř. Hydroget není vidět pod vnější dokončovací vrstvou, nebo nabývá podoby sochařsky tvarovaných panelů, které fasádě dodávají charakter. A přesto tam tiše pracuje obrovské mikroskopické „město" organizmů, které den za dnem přeměňuje oxid uhličitý v něco tvrdého jako kámen.
