随着全球气候变化挑战日益严峻，寻求创新环保建筑材料成为科学界和建筑行业的重要课题。近期，苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的科学家们研发出一种前沿的3D打印光合材料，这种材料不仅能够生长、硬化，更能主动吸收大气中的二氧化碳（CO₂），为绿色建筑和碳中和理念注入了全新活力。此技术聚焦于古老的光合微生物——蓝藻（cyanobacteria），这些微生物能够在弱光条件下高效进行光合作用，成为实现“活建筑”概念的关键成分。蓝藻被嵌入一种可打印的水凝胶中，在阳光、空气中的二氧化碳及富含营养的人工海水环境下存活并繁殖。它们不仅生成生物质，还通过触发矿物质化过程，使材料逐渐硬化并将碳以固态矿物形式固定。这一过程使得建筑材料本身成为持续的碳汇，极大增强了建筑物的环保性能。
水凝胶作为载体，因其富含水分且具有交联高分子结构，能确保蓝藻在材料内部保持活性，同时支持结构的逐步成型和加固。科学家们设计的材料结构允许光线穿透，并通过毛细作用实现营养液的被动循环，确保微生物的生存和持续碳捕捉功能。实验室测试显示，这种光合材料能够在长达超过400天的时间内持续吸附二氧化碳，单克材料约能固定26毫克的CO₂，这一数值远高于传统生物法碳捕捉技术，且与使用矿物矿化处理的再生混凝土相媲美，后者典型值大约为7毫克每克。更为难能可贵的是，蓝藻通过光合作用调节细胞外的化学环境，促进碳酸盐矿物如石灰的产生，矿物质沉积在材料内部，有效强化了结构的机械强度。这种生物矿化属性为材料的耐久性和稳定性提供了保障，也拓宽其在建筑应用中的潜力。对于未来的建筑用途，研究团队提出了将该光合生物材料用作建筑外墙涂层的设想，从而在建筑全生命周期内实现碳的主动捕获。
相比于传统的工业化碳捕捉方式，这种材料的低能耗和环保特性无疑更具吸引力，尤其适合追求可持续发展的城市建设理念。在2025年威尼斯建筑双年展上，研究团队以加拿大馆为平台，展示了基于该光合材料打印的两座高达三米的“树干”结构。这些结构不仅形态独特，更在实际环境下展现了优越的二氧化碳固化能力。据悉，每座“树干”每年可吸收约18公斤的二氧化碳，相当于20年生、处于温带气候区域松树的年碳汇量。该项目不仅获得建筑师们的高度关注，也为融合生物技术与建筑设计开辟了广阔前景。从环境角度来看，能够将建筑本身转变为“活碳库”，对缓解城市碳排放压力具有重要战略意义。
藉由持续捕捉和矿化二氧化碳，这类“活建筑”材料不仅减轻了传统建筑材料带来的碳足迹，还通过自我生长和加固功能延长建筑寿命，降低维护成本。因此，其商业化潜力和生态效益被各界普遍看好。不过，这项技术目前仍处于实验阶段，科学家们正积极研究提高材料打印尺寸、稳定性及适应不同气候环境的能力，期望未来能够实现更加广泛的应用。未来，结合智慧建筑系统和环境数据监测，3D打印光合生物材料有望成为城市绿色基础设施的重要组成部分，实现建筑真正意义上的“呼吸”与“生长”。在全球加速迈向碳中和目标的背景下，这种融合生物矿化和3D打印技术的创新材料，为实现可持续发展提供了令人振奋的技术路径。随着研究进展和产业推动，未来建筑不仅是居住和办公空间，更将成为控制和减少碳排放的主动参与者，助力人类应对气候变化挑战。
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