Picoplanctonics muestra objetos de gran formato hechos de estructuras fotosintéticas. Crédito: Valentina Mori/ Bienale Di Venezia
Los investigadores están desarrollando un material vivo que extrae activamente el dióxido de carbono de la atmósfera. Las cianobacterias fotosintéticas crecen dentro de ella, formando biomasa y minerales sólidos y, por lo tanto, uniendo a CO2 en dos modales diferentes.
La idea parece futurista: en ETH Zurich, varias disciplinas están trabajando juntas 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 unir el CO2 del aire mediante fotosíntesis”, dice Mark Tibbitt, profesor de ingeniería macromolecular en ETH Zurich.
Un equipo de investigación interdisciplinario dirigido por Tibbitt ahora ha convertido esta visión en realidad: ha incorporado de manera estable las bacterias fotosintéticas, conocidas como cianobacterias, en un gel imprimible y desarrollado un material que está vivo, crece y elimina activamente el carbono del aire. Los investigadores presentaron recientemente su “material de vida fotosintético“En un estudio en la revista Nature Communications.
Característica clave: secuestro de carbono dual
El material se puede moldear utilizando la impresión 3D y solo requiere luz solar y agua de mar artificial con nutrientes fácilmente disponibles además de que CO2 crezca. “Como material de construcción, podría ayudar a almacenar CO2 directamente en edificios en el futuro”, dice Tibbitt, quien coinició la investigación sobre materiales vivos en ETH Zurich.
Lo especial de esto: el material vivo absorbe mucho más CO2 de lo que se une a través del crecimiento orgánico. “Esto se debe a que el material puede almacenar carbono no solo en la biomasa, sino también en forma de minerales, una propiedad especial de estas cianobacterias”, revela Tibbitt.
Estructuras de vida 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 altamente 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 cambian su entorno químico fuera de la célula como resultado de la fotosíntesis, de modo que los carbonatos sólidos (como la cal) precipitan. Estos minerales representan un sumidero de carbono adicional y, en contraste con la biomasa, almacenan CO2 en una forma más estable.
Fabricación digital de estructuras de vida fotosintética para secuestro de carbono dual. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-58761-y
Cianobacterias como constructores maestros
“Utilizamos esta capacidad específicamente en nuestro material”, dice Cui, quien es un estudiante doctoral en el grupo de investigación de Tibbitt. Un efecto secundario práctico: los minerales se depositan dentro del material y lo refuerzan mecánicamente. De esta manera, las cianobacterias endurecen lentamente las estructuras inicialmente blandas.
Las pruebas de laboratorio mostraron que el material se une continuamente a CO₂ durante un período de 400 días, la mayor parte en forma mineral, sueldo 26 miligramos de CO2 por gramo de material. Esto es significativamente más que muchos enfoques biológicos y comparable a la mineralización química del concreto reciclado (alrededor de 7 mg de CO2 por gramo).
Hidrogel como hábitat
El material portador que alberga las células vivas es un hidrogel, un gel hecho de polímeros reticulados con un alto contenido de agua. El equipo de Tibbitt seleccionó la red de polímeros para que pueda transportar luz, CO2, agua y nutrientes y permitir que las células se propagen uniformemente por dentro sin dejar 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 el área de superficie, aumentar la penetración de la luz y promover el flujo de nutrientes.
La co-directa autora Dalia Dranseike: “De esta manera, creamos estructuras que permiten la penetración de la luz y distribuyen pasivamente el líquido de nutrientes en todo el cuerpo por las fuerzas capilares”. Gracias a este diseño, las cianobacterias encapsuladas vivieron productivamente durante más de un año, el investigador de materiales en el equipo de Tibbitt se complace en informar.
Infraestructura como sumidero de carbono
Los investigadores ven su material vivo como un enfoque de baja energía y ecológica que puede unir el CO2 de la atmósfera y complementar los procesos químicos existentes para el secuestro de carbono. “En el futuro, queremos investigar cómo el material puede usarse como un recubrimiento para el edificio de fachadas para unir el CO2 durante todo el ciclo de vida de un edificio”, mira Tibbitt hacia adelante.
Todavía hay un largo camino por recorrer, pero colegas del campo de la arquitectura ya han asumido el concepto y realizados las interpretaciones iniciales de una manera experimental.
“Piña” impresa en 3D con cianobacterias que crecen dentro de un período de desarrollo de 60 días. El color verde proviene de la clorofila de las bacterias fotosintéticas. Crédito: Yifan Cui / ETH Zurich
Dos instalaciones en Venecia y Milán
Gracias a la estudiante doctoral de ETH Andrea Shin Ling, la investigación básica de ETH Laboratories ha llegado al gran escenario de la Bienal de Arquitectura en Venecia. “Fue particularmente desafiante ampliar el proceso de producción desde el formato de laboratorio hasta las dimensiones de la habitación”, dice el arquitecto y biodiseador, quien también está involucrado en este estudio.
Ling está haciendo su doctorado en la silla del profesor de ETH Benjamin Dillenburger de tecnologías de construcción digital. En su disertación, desarrolló una plataforma para la biofabricación que puede imprimir estructuras vivos 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 vivos para construir dos objetos de tronco de árboles, el más grande de alrededor de tres metros de altura. Gracias a las cianobacterias, cada uno puede unirse hasta 18 kg de CO2 por año, tanto como 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 calidez para que las cianobacterias prosperen y luego observamos cómo se comportan”, dice Ling. Este es un compromiso: el equipo monitorea y mantiene la instalación en el sitio diariamente. Hasta el 23 de noviembre.
En el 24 ° Triennale Di Milano, la piel de Dafne está investigando el potencial de los materiales vivos para futuros sobres de construcción. En una estructura cubierta de tejas de madera, los microorganismos forman una pátina verde profunda que cambia la madera con el tiempo: un signo de descomposición se convierte en un elemento de diseño activo que une CO2 y enfatiza la estética de los procesos microbianos.
La piel de Dafne es una colaboración entre Maeid Studio y Dalia Dranseike. Es parte de la exposición “We the Bacteria: Notes hacia la arquitectura biótica” y se extiende hasta el 9 de noviembre.
Más información: Dalia Dranseike et al, secuestro de doble carbono con materiales de vida fotosintética, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-58761-y
Cita: El material vivo fotosintético utiliza bacterias para capturar CO₂ de dos maneras diferentes (2025, 19 de junio) Recuperado el 19 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-fotosintetic-material-bacteria-capture-ways.html
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