【2025年07月01日訊】（記者吳瑞昌綜合報導）近期，瑞士科學家開發出一款極為特殊的新型「活體建築材料」。它是一種既可以3D打印，又可以進行光合作用的活體凝膠構成，能夠從空氣中不斷消耗和保存二氧化碳，其效率相當於一棵20年樹齡的松樹。
這次，瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）團隊開發出一種具有生命力、能夠生長，且能主動從空氣中去除二氧化碳的「光合活體凝膠」材料。目前該材料已經應用於建築領域，並在第24屆米蘭三年展（Triennale di Milano）、19屆威尼斯建築雙年展（Venice Architecture Biennale）亮相，展現其永續性和實用性。
研究團隊將藍藻（PCC 7002）與可3D列印的透明凝膠（Pluronic F-127）結合，並誘導藍藻進行光合作用，吸收大氣中的二氧化碳（CO2）產生碳酸鹽沉澱（MICP）反應，讓二氧化碳轉為固體碳酸鹽（如石灰）儲存於材料中，以此實現碳封存目標。
這種光合活體凝膠的藍藻，只需要陽光、富含營養物質的人工海水，以及二氧化碳，即可光合作用生長超過一年，且整個生長過程無需離開材料。
研究人員為了確保藍藻能夠長時間存活與高效運作，他們透過3D列印製程優化結構的幾何形狀，增其加表面面積、光穿透力，以此促進營養物質的流動。
結果顯示，這種光合活體凝膠的每克材料在30天內，可封存2.2到3.1毫克二氧化碳，且存活一年以上（目前紀錄是400多天）。該材料在400天內，每克材料累積吸收26至33毫克二氧化碳，且大多以穩定的礦物形式保存。
該種材料吸收的二氧化碳數量，遠比其它生物方法吸收的量要高，能與再生混凝土的化學礦化相當，若需要材料內的礦物只需600°C熱解便可回收。另外，這些固體礦物質儲存二氧化碳的穩定性，要優於生物質（有機生命或剛死掉的生物）。
該團隊用「光合活體凝膠」打印成活體積木，再用積木組裝成兩個樹幹狀物體，於威尼斯建築雙年展加拿大館中展出。他們表示，一個樹幹狀物體每年可吸收18公斤的二氧化碳，相當於溫帶地區一棵樹齡20年的松樹每年吸收的碳量。
研究人員認為，這種光合活體凝膠是一種低能耗、環保的材料，可以透過消耗和保存大氣中的二氧化碳，為建築領域開闢新可能性。雖然還有很長的路要走，但建築領域的同事已經接受了這個新概念，並有了初步的成果。
他們還表示，未來會對生物質封存的二氧化碳量進行評估，以此了解不同的酸鹼環境（pH值）與二氧化碳濃度，是如何影響藍藻的光合作用速率，以此提高該系統的轉換效率。
這項研究的建築師兼生物設計師、蘇黎世聯邦理工學院博士生安德里‧亞辛‧林（Andrea Shin Ling）對該校新聞室表示，「我們改造加拿大館，使其能夠提供足夠的光照、濕度和溫度，促進材料中的藍藻生長與觀察它們的行為。」
共同第一作者、蘇黎世聯邦理工學院機械與製程工程系大分子工程實驗室的達莉亞‧德蘭塞克（Dalia Dranseike）補充說：「我們透過結構設計，讓光線穿透材料，並透過毛細管力將營養液被動分配到結構內部。」對此，該團隊的材料研究員報告，這種設計讓被封裝在凝膠內的藍藻，能夠高效率地存活一年之久。
蘇黎世聯邦理工學院大分子工程教授馬克‧蒂比特（Mark Tibbitt）表示，「作為一種建築材料，它裡面的藍藻可以將二氧化碳直接儲存在建築物中，讓二氧化碳得以用生物質、礦物質的形式儲存。未來，我們希望將其應用於建築外牆塗層，實現大規模碳捕捉。」
論文另一主要作者崔一帆強調，「藍藻是世界上最古老的生命形式之一。它們的光合作用非常高效，甚至可以利用最微弱的光線，將二氧化碳和水轉化為生物質。」
他說，我們將藍藻這些能力，運用到建築材料中，讓礦物質沉積在材料內部，使原本柔軟的材料結構逐漸硬化，增強材料的機械性能。目前，該研究成果已經在《自然》科學雜誌上發表。
