Los investigadores están desarrollando un material vivo que extrae activamente el dióxido de carbono de la atmósfera. En su interior crecen cianobacterias fotosintéticas, que forman biomasa y minerales sólidos, fijando así el CO₂ de dos maneras diferentes.
La idea parece futurista: en la ETH de Zúrich, diversas disciplinas colaboran para combinar materiales convencionales con bacterias, algas y hongos. El objetivo común: crear materiales vivos que adquieran propiedades útiles gracias al metabolismo de los microorganismos, “como la capacidad de fijar el CO₂ del aire mediante la fotosíntesis”, afirma Mark Tibbitt, profesor de Ingeniería Macromolecular en la ETH de Zúrich.
Un equipo de investigación interdisciplinario dirigido por Tibbitt ha hecho realidad esta visión: ha incorporado de forma estable bacterias fotosintéticas —conocidas como cianobacterias— en un gel imprimible y ha desarrollado un material vivo, que crece y elimina activamente el carbono del aire. Los investigadores presentaron recientemente su “material fotosintético vivo” en un estudio publicado en la revista Nature Communications.
Característica clave: Doble secuestro de carbono
El material se puede moldear mediante impresión 3D y solo requiere luz solar y agua de mar artificial con nutrientes fácilmente disponibles, además de CO₂, para su crecimiento. “Como material de construcción, podría ayudar a almacenar CO₂ directamente en los edificios en el futuro”, afirma Tibbitt, coautor de la investigación sobre materiales vivos en la ETH de Zúrich.
Lo especial es que el material vivo absorbe mucho más CO₂ del que fija mediante el crecimiento orgánico. “Esto se debe a que el material puede almacenar carbono no solo en biomasa, sino también en forma de minerales, una propiedad especial de estas cianobacterias”, revela Tibbitt.
Estructuras vivas impresas en 3D
Yifan Cui, uno de los dos autores principales del estudio, explica: “Las cianobacterias se encuentran entre las formas de vida más antiguas del mundo. Son muy eficientes en la fotosíntesis y pueden utilizar incluso la luz más débil para producir biomasa a partir de CO2 y agua”.
Al mismo tiempo, las bacterias modifican su entorno químico externo a la célula como resultado de la fotosíntesis, de modo que precipitan carbonatos sólidos (como la cal). Estos minerales representan un sumidero adicional de carbono y, a diferencia de la biomasa, almacenan CO₂ de forma más estable.
Las cianobacterias como maestras constructoras
“Aprovechamos esta capacidad específicamente en nuestro material”, afirma Cui, estudiante de doctorado del grupo de investigación de Tibbitt. Un efecto práctico secundario: los minerales se depositan en el material y lo refuerzan mecánicamente. De esta forma, las cianobacterias endurecen lentamente las estructuras inicialmente blandas.
Las pruebas de laboratorio demostraron que el material fija CO₂ continuamente durante 400 días, la mayor parte en forma mineral: alrededor de 26 miligramos de CO₂ por gramo de material. Esto es significativamente superior a muchos métodos biológicos y comparable a la mineralización química del hormigón reciclado (alrededor de 7 mg de CO₂ por gramo).
El hidrogel como hábitat
El material portador que alberga las células vivas es un hidrogel, un gel compuesto de polímeros reticulados con un alto contenido de agua. El equipo de Tibbitt seleccionó la red polimérica para que pudiera transportar luz, CO₂, agua y nutrientes, y permitir que las células se distribuyeran uniformemente en su interior sin abandonar el material.
Para garantizar que las cianobacterias vivan el mayor tiempo posible y sigan siendo eficientes, los investigadores también han optimizado la geometría de las estructuras utilizando procesos de impresión 3D para aumentar la superficie, aumentar la penetración de la luz y promover el flujo de nutrientes.
La coautora principal, Dalia Dranseike, comentó: “De esta manera, creamos estructuras que permiten la penetración de la luz y distribuyen pasivamente el líquido nutritivo por todo el cuerpo mediante capilaridad”. Gracias a este diseño, las cianobacterias encapsuladas sobrevivieron productivamente durante más de un año, según informa la investigadora de materiales del equipo de Tibbitt.
La infraestructura como sumidero de carbono
Los investigadores consideran que su material vivo es una solución de bajo consumo energético y respetuosa con el medio ambiente que puede retener el CO₂ de la atmósfera y complementar los procesos químicos existentes para la captura de carbono. “En el futuro, queremos investigar cómo se puede utilizar el material como revestimiento para fachadas de edificios, reteniendo el CO₂ durante todo su ciclo de vida”, anticipa Tibbitt.
Queda aún un largo camino por recorrer, pero colegas del ámbito de la arquitectura ya han retomado el concepto y han realizado interpretaciones iniciales de forma experimental.
Dos instalaciones en Venecia y Milán
Gracias a la estudiante de doctorado de la ETH, Andrea Shin Ling, la investigación básica de los laboratorios de la ETH ha llegado a su máximo exponente en la Bienal de Arquitectura de Venecia. “Fue especialmente difícil ampliar el proceso de producción del formato de laboratorio a las dimensiones de una sala”, afirma la arquitecta y biodiseñadora, quien también participa en este estudio.
Ling está cursando su doctorado en la Cátedra de Tecnologías de Construcción Digital del profesor Benjamin Dillenburger de la ETH. En su tesis, desarrolló una plataforma de biofabricación que permite imprimir estructuras vivas que contienen cianobacterias funcionales a escala arquitectónica.
Para la instalación de Picoplanctonics en el Pabellón de Canadá, el equipo del proyecto utilizó las estructuras impresas como bloques de construcción vivientes para construir dos objetos con forma de tronco de árbol, el más grande de unos tres metros de altura. Gracias a las cianobacterias, cada uno de estos objetos puede retener hasta 18 kg de CO₂ al año, aproximadamente la misma cantidad que un pino de 20 años en la zona templada.
“La instalación es un experimento: hemos adaptado el Pabellón de Canadá para que proporcione suficiente luz, humedad y calor para que las cianobacterias prosperen y luego observamos su comportamiento”, afirma Ling. Esto es un compromiso: el equipo supervisa y mantiene la instalación in situ a diario. Hasta el 23 de noviembre.
En la 24.ª Trienal de Milán, Dafne’s Skin investiga el potencial de los materiales vivos para las futuras envolventes de los edificios. Sobre una estructura revestida con tejas de madera, los microorganismos forman una pátina verde intenso que transforma la madera con el tiempo: un signo de descomposición se convierte en un elemento de diseño activo que fija el CO₂ y realza la estética de los procesos microbianos.
Dafne’s Skin es una colaboración entre MAEID Studio y Dalia Dranseike. Forma parte de la exposición “Nosotras, las bacterias: Apuntes hacia la arquitectura biótica” y estará abierta hasta el 9 de noviembre.
Fuente: Tech Xplore.