Vývoj biobázovaných klimaticky neutrálních stavebních materiálů prostřednictvím biogenního získávání materiálů s využitím fototrofních mikroorganismů

REAMODE – Zkušební zařízení pro modifikaci organických materiálů s urychlenými elektrony. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / REAMODE – Testovací zařízení pro modifikaci organických materiálů s urychlenými elektrony. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

Photobioreaktor Fraunhofer FEP pro kultivaci fototrofních mikroorganismů na laboratorní úrovni za definovaných světelných, teplotních a plynových podmínek. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / Fotobioreaktor Fraunhofer FEP pro kultivaci fototrofních mikroorganismů na laboratorní úrovni za definovaných světelných, teplotních a plynových podmínek. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

Fraunhoferův institut pro elektronové paprsky a plazmatickou techniku FEP v Drážďanech nabízí na základě portfolia průmyslově orientovaných kompetencí širokou škálu škálovatelných výzkumných a vývojových možností. Naším posláním je aplikovat náš technologický inovační potenciál na nové výrobní procesy a využít ho k uspokojení společenské poptávky po šetrnosti k zdrojům a klimatické neutralitě. Vzhledem k rostoucí poptávce po klimaticky neutrálních stavebních materiálech se v stavebním sektoru hledají nové výrobní metody. Na Fraunhofer FEP se výzkum zaměřuje na inovativní procesy podporované elektronovým paprskem ke zvýšení biogenní syntézy vápence pomocí fototrofních mikroorganismů, aby se podpořila dekarbonizace cementářského průmyslu. Tím lze v budoucnu dále snížit uhlíkovou stopu cementových směsí a postupně nahradit fosilní vápenec jako primární zdroj. Tento výzkumný projekt bude představen na veletrhu Bau v Mnichově od 13. do 17. ledna 2025 na společném stánku Fraunhofer-alliace BAU v hale C2, stánek č. 528.

Úzké propojení Fraunhofer FEP s průmyslem nám umožňuje společně s našimi partnery převést výsledky aplikovaného výzkumu do různorodých aplikací a produktů. Zvláštní důraz klademe na strategická výzkumná pole udržitelnosti, vědy o živé přírodě a environmentální technologie. Důležitá aplikační pole zahrnují například stavební sektor a oblast chytrých budov. Zejména nízkoenergetická, ne-teplotní technologie elektronových paprsků má jako multifunkční nástroj všemocné možnosti využití pro řadu environmentálních a biotechnologických aplikací a může být integrována do stávajících výrobních linek. Vzhledem k rostoucím požadavkům na udržitelné a šetrné k zdrojům procesy a k dosažení klimatických cílů roste také poptávka po biobasiovaných náhradních procesech ve stavebním sektoru. Pro ekologicky relevantní otázky, jako je biotechnologické získávání zdrojů, mohou vědci z Fraunhofer FEP využít chemické a biologické účinky nízkoenergeticky urychlených elektronů pro vývoj specifických procesů.

Ambiciózním cílem je, že Německo se zavázalo zákonem o ochraně klimatu k klimatické neutralitě do roku 2045 a ke snižování emisí skleníkových plynů, což představuje zároveň obrovskou výzvu pro průmysl. Stavební sektor je jedním z největších hospodářských odvětví na světě, a proto bude budoucí klimaticky neutrální a cirkulární výstavba vyžadovat různé transformace. Vývoj nových biobasiovaných a udržitelných materiálů pro trvalé vázání CO2 je jedním z přístupů k výzkumu a vývoji, kterým se ve své skupině Biokompatibilní materiály zabývá vedoucí projektu Dr. Ulla König na Fraunhofer FEP.

Vápenec, nejvíce vyráběný materiál na světě, je jako pojivo v stavebním průmyslu nepostradatelný, přičemž celosvětová spotřeba cementu díky růstu populace, urbanizaci a rozšiřování infrastruktury dále roste. Cementářský průmysl je významným zdrojem emisí skleníkových plynů, a proto lze klimatickou neutralitu v této oblasti dosáhnout pouze prostřednictvím alternativních přístupů. Dekarbonizace představuje slibnou strategii, při níž bude vývoj cementů s nižším obsahem CO2 klíčovým úkolem.

Vědci skupiny Biokompatibilní materiály na Fraunhofer FEP se ve spolupráci s vlastním biomedicínským servisním laboratoří věnují intenzivnímu výzkumu biogenního vývoje sekundárního vápence pomocí fototrofních mikroorganismů při spotřebě CO2. Ty jsou schopny prostřednictvím fotosyntézy fixovat a přeměňovat oxid uhličitý z atmosféry. Hlavním cílem je technicky realizovat proces mikrobiálního tvorby vápence, který v přírodě existuje již miliardy let, a zlepšit jeho produktivitu tak, aby bylo možné v pozdějších fázích vyrábět emisně nízké stavební materiály, které trvale váží CO2 a tím přispívají k udržitelnému oběhovému hospodářství.

Vedoucí skupiny Dr. Ulla König k tomu uvádí: „Optimalizace a škálovatelnost biogenní syntézy vápence založené na mikrobiálním biomineralizačním procesu hraje klíčovou roli pro budoucí velkoprostorové využití. Na Fraunhofer FEP jsme proto spojili optimalizaci biomineralizace fototrofních mikroorganismů s inovativním řešením. K tomu využíváme biostimulační potenciál technologie elektronových paprsků. Zkoumáme dávkově závislý biopositivní účinek nízkoenergetických, ne-teplotních procesů elektronových paprsků na metabolické procesy fototrofních mikroorganismů, abychom zvýšili efektivitu a ekonomickou výhodnost biogenní syntézy vápence.“

V rámci spolupráce pak mohou v dalším vývojovém kroku být vyvinuty cirkulární výrobní procesy, které i při recyklaci odpadních a zbytkových materiálů umožní udržitelnou, biobasiovanou výstavbu a konstrukční materiály. Na veletrhu BAU 2025 v Mnichově, od 13. do 17. ledna 2025, představí vědci tyto nové výzkumné přístupy a další perspektivy na společném stánku Fraunhofer-alliace a budou k dispozici pro diskuse o společných projektech a výzkumných záměrech.