Rozwój biobazowych, klimatycznie neutralnych materiałów budowlanych poprzez biogenną produkcję materiałów z wykorzystaniem mikroorganizmów fototroficznych

REAMODE – Instalacja próbna do modyfikacji materiałów organicznych za pomocą przyspieszonych elektronów. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / REAMODE – Testowa instalacja do modyfikacji materiałów organicznych za pomocą przyspieszonych elektronów. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

Fotobioreaktor Fraunhofer FEP do hodowli fototroficznych mikroorganizmów na skalę laboratoryjną w warunkach określonego światła, temperatury i gazu. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / Fotobioreaktor Fraunhofer FEP do hodowli mikroorganizmów fototroficznych na skalę laboratoryjną w warunkach określonego światła, temperatury i gazu. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

Instytut Fraunhofer ds. Technologii Elektronów i Plazmy FEP we Dreznie oferuje, opierając się na portfelu kompetencji ukierunkowanych na przemysł, szeroki zakres skalowalnych możliwości badawczo-rozwojowych. Naszą misją jest zastosowanie naszego potencjału innowacji technologicznych do nowatorskich procesów produkcyjnych oraz uczynienie ich użytecznymi dla społecznych potrzeb oszczędzania zasobów i neutralności klimatycznej. W obliczu rosnącego zapotrzebowania na klimatycznie neutralne materiały budowlane, poszukuje się również w sektorze budowlanym nowych metod wytwarzania. W Fraunhofer FEP prowadzone są badania nad innowacyjnymi procesami wspomaganymi wiązką elektronów, mającymi na celu zwiększenie syntezy biogenicznego wapnia za pomocą mikroorganizmów fototroficznych, aby wspierać dekarbonizację przemysłu cementowego. W ten sposób w przyszłości możliwe będzie dalsze zmniejszanie śladu węglowego formulacji cementu i stopniowe zastępowanie fosylnego wapienia jako głównego surowca. To przedsięwzięcie badawcze zostanie zaprezentowane na targach Bau w Monachium, w dniach od 13 do 17 stycznia 2025 roku, na wspólnym stoisku sojuszu Fraunhofer BAU w hali C2, stoisko nr 528.

Bliska współpraca instytutu Fraunhofer FEP z przemysłem umożliwia nam, wspólnie z naszymi partnerami, przekładanie wyników badań stosowanych na szeroką skalę na różnorodne zastosowania i produkty. Szczególnie skupiamy się na strategicznych dziedzinach badań, takich jak zrównoważony rozwój, nauki o życiu i technologie środowiskowe. Ważne obszary zastosowań to między innymi sektor budowlany oraz inteligentne budynki. Szczególnie technologia niskonapięciowych, nietermicznych wiązek elektronów posiada funkcję wielofunkcyjnego narzędzia, które może być wykorzystywane wszechstronnie w wielu aplikacjach środowiskowych i biotechnologicznych, a także integrować się z istniejącymi liniami produkcyjnymi. W związku z rosnącymi wymaganiami dotyczącymi zrównoważonych i oszczędnych w zasoby procesów oraz w celu osiągnięcia celów klimatycznych, rośnie również zapotrzebowanie na biobazowe procesy substytucyjne w sektorze budowlanym. W zakresie ekologicznych zagadnień, takich jak biotechnologiczne pozyskiwanie zasobów, naukowcy z Fraunhofer FEP mogą wykorzystywać chemiczne i biologiczne efekty niskoenergetycznie przyspieszonych elektronów do opracowywania procesów dostosowanych do konkretnych zastosowań.

Ambitnym celem Niemiec jest osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2045 roku, zgodnie z ustawą o ochronie klimatu, co jednocześnie stanowi ogromne wyzwanie dla przemysłu. Sektor budowlany jest jednym z największych sektorów gospodarki na świecie, dlatego przyszłość zrównoważonego i cyrkularnego budownictwa wymaga szerokich przemian. Rozwój nowych biobazowych i zrównoważonych materiałów do trwałego wiązania CO2 jest jednym z punktów wyjścia dla badań i rozwoju, nad którym pracuje kierowniczka projektu dr Ulla König w grupie materiałów biokompatybilnych w Fraunhofer FEP.

Cement, będący najczęściej produkowanym materiałem na świecie, jest nieodzownym spoiwem w przemyśle budowlanym, przy czym globalne zużycie cementu nadal rośnie ze względu na rozwój populacji, urbanizację i rozbudowę infrastruktury. Przemysł cementowy jest jednym z głównych emitentów gazów cieplarnianych, dlatego osiągnięcie neutralności klimatycznej w tym sektorze jest możliwe jedynie poprzez alternatywne podejścia. Dekarbonizacja stanowi obiecującą strategię, w ramach której kluczowym zadaniem będzie rozwój cementów o obniżonej emisji CO2.

W Fraunhofer FEP naukowcy z grupy materiałów biokompatybilnych, we współpracy z własnym laboratorium medycznym, prowadzą intensywne badania nad biogennym rozwojem materiałów z wtórnego wapienia z wykorzystaniem mikroorganizmów fototroficznych, przy zużyciu CO2. Są one zdolne do wiązania i przekształcania dwutlenku węgla z atmosfery poprzez fotosyntezę. Głównym celem jest techniczne odwzorowanie procesu mikrobiologicznego powstawania wapienia, który istnieje w naturze od miliardów lat, oraz poprawa jego wydajności, aby w późniejszych etapach można było produkować niskowęglowe materiały budowlane, które na stałe wiążą CO2 i tym samym przyczyniają się do zrównoważonego rozwoju gospodarki obiegowej.

Dyrektorka grupy, dr Ulla König, wyjaśnia: „Optymalizacja i skalowalność biogenicznej syntezy wapienia opartej na mikrobiologicznym biomineralizacji odgrywa kluczową rolę w przyszłych możliwościach zastosowań na dużą skalę. W Fraunhofer FEP połączyliśmy optymalizację biomineralizacji fototroficznych mikroorganizmów z nowatorskim podejściem rozwiązaniowym. W tym celu wykorzystujemy potencjał biostymulujący technologii wiązki elektronów. Badamy dawkopositive działanie niskoenergetycznych, nietermicznych procesów wiązki elektronów na metabolizm mikroorganizmów fototroficznych, aby zwiększyć efektywność i opłacalność biogenicznej syntezy wapienia.”

W ramach współpracy, w kolejnym etapie rozwoju, można będzie opracować zrównoważone, biobazowe materiały budowlane i konstrukcyjne, także z recyklingu odpadów i materiałów resztkowych. Na targach BAU 2025 w Monachium, w dniach od 13 do 17 stycznia 2025 roku, naukowcy zaprezentują te nowe podejścia badawcze i dalsze perspektywy na wspólnym stoisku Fraunhofer i będą dostępni do dyskusji na temat wspólnych pomysłów projektowych i badań naukowych.