会呼吸的“活”外墙材料来了！能吃掉二氧化碳，还会自己变硬！

使用活体材料制作的建筑样品（图片来源：Valentina Mori / Biennale di Venezia）

在我们的周围，建筑材料通常是“死”的——比如砖、水泥、钢筋。但科学家们最近研发出了一种真正意义上的“活材料”：它不但能自己“长大”，还能从空气中吸收二氧化碳，变得越来越坚固，甚至帮我们对抗气候变化。

听起来是不是像科幻小说？其实，这一突破真的发生在了现实中。

近日，来自瑞士联邦理工学院的科学家们在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上发表了一项最新的研究成果——他们创造出了能进行光合作用的“活体”新材料！

研究人员将蓝藻，这一上古时代光合作用的“先行者”，植入一种多孔水凝胶中，让它在其中依旧可以吸收二氧化碳，“吐”出氧气。更厉害的是，通过加入一些额外的营养物质，科学家还可以诱导这种材料生产出坚固的碳酸盐矿物，从而让其越长越硬！也许在不远后的未来，我们的城市会成为真正可以“呼吸”的“生态水泥森林”。

让蓝藻安家吸收二氧化碳

古代蓝藻是地球上最早进行光合作用的生物，几乎仅凭一己之力便将地球从无氧星球变为了富氧星球（大氧化事件），为后续更多生命的出现和发展奠定了基础。

如今，研究人员找到了一种让其后裔——现代蓝藻重振祖先荣光的机会，他们通过将蓝藻植入一种3D打印的多孔水凝胶中，创造出一种全新的“活体”材料。从外观上看，就如同是我们常吃的果冻一般，软软弹弹的。如果将它涂到建筑外墙上，它就能像一层会呼吸的皮肤一般，默默吸收周遭空气中的二氧化碳，为创造一个更宜居、可持续的环境做出贡献。

用新材料结合3D打印技术制作的含有蓝藻的“菠萝”和立方体 （图片来源：Yifan Cui Dalia Dranseike / ETH Zürich）

矿化作用，炼成“金刚不坏之身”

不知道居住在城市里的你有没有见到过开裂、松动的建筑外墙？一般来说老旧楼房的外墙是会因为不断经受风吹日晒，而变得愈发脆弱的。但这种新型的生物材料却正好相反——它会越长越坚硬和结实！

这种活体材料会利用光合作用让自己愈发坚固和鲜绿

（图片来源：Yifan Cui / ETH Zürich）

研究人员表示，这种新材料不仅可以将光合作用收集来的碳储存在生物质（有机生物体物质）中，更可以以矿物质的形式更稳定地储存碳！

在特定的营养物质，比如钙和镁，存在的情况下（就像处于海水中那样），蓝绿藻还能把二氧化碳转化成坚硬的碳酸盐矿物——没错，就是类似石灰石的成分。

也就是说，这种材料一开始只是软塌塌的凝胶，但随着蓝绿藻不断地“吐”出这些小矿物，它们会在凝胶内部形成一个坚固的“骨架”。这个过程不仅让其自身从软趴趴的“果冻”，逐渐成长为石头一般的坚硬、可靠的材料，变得适合建筑使用，更重要的是，它将碳以一种极其稳定的形式锁了起来。

基因工程提升蓝藻效率

研究人员表示，蓝藻在光合作用方面的效率很高，只需要利用最弱的光线就可以将二氧化碳和水转化为适当的生成物。当然他们并不满足于这种天然的高效率——研究人员还打算通过基因工程来进一步提高蓝藻的光合速率。

当被用作建筑外墙时，这种材料可以连续 400 天持续地封存二氧化碳，每克材料能以碳酸盐沉淀物的形式储存约 26 毫克二氧化碳，明显高于其他形式的生物二氧化碳封存。

未来世界中用上了“活”材料外墙的居民楼（图片来源：引导AI绘制）

在威尼斯举办的一个建筑展览上，研究人员制作并展示了两个使用了新型材料的树干状的物体，它们每年可以吸收高达 40 磅（18 公斤）的二氧化碳，相当于一棵 20 年的松树。

不过，若要将该项研究的成果大规模应用，研究人员还有很长的一段路要走。对于很多具体实施方面的问题，比如该如何持续为这层“活”外墙提供必要的营养物质，如何具体地对蓝藻实行基因改造等。不管怎样，这项“活体”建材的发明都为了解和调控碳循环，抑制温室效应的加剧提供了一种全新的思路和潜在的实施工具。（宋世超）

审核：薛斌 上海海洋大学副教授，中国化学会《化学通讯》编委、《无机盐工业》青年编委

本文来源科普新媒体平台“蝌蚪五线谱”，已经授权发布