ปฏิวัติวงการก่อสร้าง! นักวิทย์สวิสเปิดตัว 'วัสดุมีชีวิต' ที่หายใจได้ เปลี่ยนตึกให้เป็นเครื่องฟอกอากาศยักษ์ของเมือง

จะเป็นอย่างไรถ้าอาคารที่เราอาศัยอยู่ไม่เพียงแต่ให้ที่พักพิง แต่ยังสามารถ "หายใจ" เพื่อช่วยดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกจากบรรยากาศได้ด้วยตัวเอง? นี่ไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์อีกต่อไป เมื่อทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส ซูริก (ETH Zurich) ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ได้พัฒนา "วัสดุมีชีวิต" (Living Material) ที่อาจเปลี่ยนโฉมหน้าของวงการสถาปัตยกรรมและการก่อสร้างไปตลอดกาล

นวัตกรรมสุดล้ำนี้ถูกเปิดเผยในวารสาร Nature Communications โดยหัวใจของมันคือการผสานสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดในโลกอย่าง ไซยาโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria) หรือที่รู้จักกันในชื่อสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เข้ากับ ไฮโดรเจล (Hydrogel) ที่สามารถพิมพ์ขึ้นรูป 3 มิติได้ ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุที่ไม่เพียงแต่มีชีวิต แต่ยังมีความสามารถในการสังเคราะห์แสงอีกด้วย

กลไกมหัศจรรย์: จาก CO2 สู่ความแข็งแกร่ง

วัสดุมีชีวิตนี้ทำงานผ่านสองกระบวนการหลักที่น่าทึ่ง อย่างแรกคือ การสังเคราะห์แสง (Photosynthesis) ไซยาโนแบคทีเรียจะใช้แสงแดด น้ำ และ CO2 จากอากาศเพื่อสร้างพลังงานและชีวมวล (Biomass) ทำให้ตัววัสดุ "เติบโต" และมีสีเขียวสดขึ้นตามกาลเวลา ซึ่งเป็นการกักเก็บคาร์บอนในรูปแบบหนึ่ง

แต่ความพิเศษที่แท้จริงอยู่ที่กระบวนการที่สอง คือ การสร้างแร่ธาตุ (Mineralization) เมื่อได้รับสารอาหารที่เหมาะสม (เช่น แคลเซียมและแมกนีเซียมที่มีในน้ำทะเล) ไซยาโนแบคทีเรียจะเปลี่ยน CO2 ให้กลายเป็นแร่ธาตุคาร์บอเนตที่แข็งแกร่งอย่างหินปูน กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่กักเก็บคาร์บอนในรูปแบบที่เสถียรและถาวรกว่าชีวมวล แต่ยังสร้างโครงข่ายแร่ธาตุขึ้นภายในเนื้อเจล ทำให้วัสดุที่ตอนแรกอ่อนนุ่มเหมือนเจลลี่ค่อยๆ "แข็งแกร่งขึ้น" ได้ด้วยตัวเอง

"วัสดุนี้สามารถกักเก็บคาร์บอนได้ทั้งในรูปแบบชีวมวลและแร่ธาตุ นี่คือคุณสมบัติพิเศษของไซยาโนแบคทีเรียเหล่านี้"  Mark Tibbitt รองศาสตราจารย์และผู้ร่วมวิจัยกล่าว "ในอนาคต มันอาจช่วยให้เรากักเก็บ CO2 ไว้ในตัวอาคารได้โดยตรง"

ประสิทธิภาพที่พิสูจน์แล้ว

จากการทดลองในห้องปฏิบัติการ วัสดุนี้แสดงประสิทธิภาพในการกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์อย่างต่อเนื่องยาวนานถึง 400 วัน โดยสามารถดักจับ CO2 ได้ประมาณ 26 มิลลิกรัมต่อวัสดุหนึ่งกรัม ซึ่งนักวิจัยระบุว่าเป็นอัตราที่สูงและมีประสิทธิภาพกว่าเทคโนโลยีชีวภาพอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ

ทีมวิจัยมองเห็นศักยภาพในการนำวัสดุนี้ไปใช้เคลือบบนผิวภายนอกของอาคาร (Façade) เพื่อทำหน้าที่เสมือน "ผิวหนังมีชีวิต" ที่คอยดูดซับมลพิษจากอากาศรอบตัว

จากห้องแล็บสู่โลกแห่งความจริง

แม้จะยังมีโจทย์ที่ต้องขบคิดต่อ เช่น วิธีการส่งสารอาหารที่จำเป็นให้กับวัสดุเมื่อนำไปใช้จริงบนอาคาร แต่ทีมวิจัยก็ได้เริ่มจินตนาการถึงความเป็นไปได้ต่างๆ แล้ว ในงานนิทรรศการสถาปัตยกรรมที่เวนิส พวกเขาได้จัดแสดงผลงานต้นแบบเป็นวัตถุรูปทรงคล้ายลำต้นไม้ 2 ชิ้น ซึ่งคำนวณแล้วว่าสามารถดูดซับ CO2 ได้ถึง 18 กิโลกรัมต่อปี เทียบเท่ากับความสามารถของต้นสนอายุ 20 ปีเลยทีเดียว

Yifan Cui หนึ่งในทีมวิจัยเสริมว่า "ไซยาโนแบคทีเรียมีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงสูงมาก แม้ในที่แสงน้อย" นอกจากนี้ ทีมงานยังมองไปถึงการดัดแปลงพันธุกรรมของแบคทีเรียเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการดูดซับคาร์บอนให้สูงขึ้นไปอีกในอนาคต

"เรามองว่าวัสดุมีชีวิตของเราเป็นแนวทางที่ใช้พลังงานต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อเสริมกระบวนการกักเก็บคาร์บอนที่มีอยู่ในปัจจุบัน" Tibbitt สรุป นี่อาจเป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ที่อาคารไม่ได้เป็นเพียงโครงสร้างไร้ชีวิต แต่กลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศที่ช่วยเยียวยาโลกของเรา

ที่มา: Livescience