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Un gruppo di ricercatori svizzeri ha messo a punto un materiale rivoluzionario che potrebbe trasformare radicalmente il modo in cui gli edifici del futuro interagiranno con l'ambiente circostante. Questo innovativo composto, caratterizzato dalla presenza di alghe blu-verdi viventi al suo interno, è in grado di catturare l'anidride carbonica dall'atmosfera e convertirla in sostanze utili attraverso il processo di fotosintesi. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Communications il 23 aprile, apre scenari inediti per l'architettura sostenibile e la lotta ai cambiamenti climatici.
Il cuore pulsante di questa tecnologia risiede nei cianobatteri, microrganismi antichissimi che rappresentano una delle forme di vita più efficienti del pianeta. Come spiega Yifan Cui, dottorando in ingegneria macromolecolare presso il Politecnico Federale di Zurigo, questi organismi "sono altamente efficienti nella fotosintesi e possono utilizzare anche la luce più debole per produrre biomassa da CO2 e acqua". La loro capacità di sopravvivere in condizioni estreme li rende candidati ideali per essere integrati in materiali da costruzione.
La struttura portante del materiale consiste in un idrogel stampabile in 3D, caratterizzato da un elevato contenuto d'acqua e da una struttura porosa che permette il passaggio di luce, acqua e anidride carbonica. All'interno di questa matrice, i cianobatteri crescono e si moltiplicano, creando un ecosistema vivente che trasforma continuamente i gas serra in ossigeno e zuccheri.
Ciò che rende davvero straordinario questo materiale è la sua capacità di andare oltre la semplice fotosintesi. In presenza di specifici nutrienti, i cianobatteri riescono a convertire l'anidride carbonica in minerali carbonatici solidi, come il calcare, che si depositano gradualmente all'interno della struttura. Questo processo di mineralizzazione crea una sorta di scheletro interno che non solo rinforza meccanicamente il materiale, ma immagazzina anche il carbonio in una forma molto più stabile rispetto alla biomassa prodotta dalla fotosintesi.
Mark Tibbitt, professore associato di ingegneria macromolecolare all'ETH di Zurigo e co-autore dello studio, sottolinea come "il materiale può immagazzinare carbonio non solo nella biomassa, ma anche sotto forma di minerali, una proprietà speciale di questi cianobatteri". Senza questa capacità di sequestro minerale, il composto rimarrebbe molle e gelatinoso, inadatto all'uso edilizio.
Durante i test di laboratorio, il materiale ha dimostrato prestazioni eccezionali, sequestrando CO2 per 400 giorni consecutivi e immagazzinando circa 26 milligrammi di anidride carbonica per grammo di materiale sotto forma di precipitati carbonatici. I ricercatori evidenziano come questo tasso sia significativamente superiore ad altre forme di sequestro biologico del carbonio attualmente disponibili.
L'evoluzione del materiale nel tempo rivela caratteristiche affascinanti: durante il periodo di studio, il composto è diventato progressivamente più rigido e ha assunto una colorazione verde sempre più intensa, segno dell'attività fotosintetica in corso. Tuttavia, i ricercatori hanno osservato che la crescita dei cianobatteri tende a stabilizzarsi dopo circa 30 giorni, momento in cui il sequestro di carbonio sotto forma di biomassa diminuisce, pur continuando attraverso la mineralizzazione.
Le potenziali applicazioni di questo materiale vivente spaziano dall'urbanistica all'architettura. I ricercatori immaginano di utilizzarlo come rivestimento per le facciate degli edifici, creando superfici capaci di aspirare letteralmente l'anidride carbonica dall'atmosfera urbana. Per testare questa visione, il team ha già presentato prototipi architettonici durante una mostra a Venezia, dove hanno esposto oggetti simili a tronchi d'albero in grado di assorbire fino a 18 chilogrammi di CO2 all'anno ciascuno, equivalenti alla capacità di un pino di 20 anni.
Tuttavia, restano ancora alcune sfide tecniche da superare. Nel corso degli esperimenti, i ricercatori hanno nutrito gli idrogel con acqua di mare artificiale per fornire i nutrienti necessari alla precipitazione minerale, tra cui calcio e magnesio. Ulteriori ricerche dovranno determinare come questi nutrienti potrebbero essere somministrati al materiale quando applicato come rivestimento edilizio.
Le prospettive future includono anche la possibilità di ingegnerizzare geneticamente i cianobatteri per aumentarne i tassi fotosintetici prima di incorporarli nel materiale. Come conclude Tibbitt, "vediamo il nostro materiale vivente come un approccio a basso consumo energetico ed ecologico che può catturare CO2 dall'atmosfera e completare i processi chimici esistenti per il sequestro del carbonio".