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A bath, a printer, and a handful of bacteria. That is the workshop Karen Antorveza Paez used to make architectural parts without a single kiln. The mixture looks like wet sand, and it is still soft when it comes out of the printer. Only later does it become solid, because the bacteria do the work that cement normally does.
Una vasca, una stampante e una manciata di batteri. È questo il laboratorio con cui Karen Antorveza Paez ha realizzato elementi architettonici senza un solo forno. Il composto assomiglia a sabbia bagnata ed è ancora morbido quando esce dalla stampante. Solo più tardi diventa solido, perché sono i batteri a fare il lavoro che normalmente svolge il cemento.
The organism is Sporosarcina pasteurii. When it is combined with sand or other grains, it joins them into a solid material by forming calcium carbonate, the mineral that makes up limestone. The result is a mesh of microscopic, interlocking calcite crystals. Antorveza Paez describes it simply: "We're using bacteria to produce a sort of mineral glue." The process, called biocementation, had already been used to stabilise soils and in self-healing concrete. Her work applies it to printed building parts.
L'organismo è Sporosarcina pasteurii. Quando viene combinato con sabbia o altri granuli, li unisce in un materiale solido formando carbonato di calcio, il minerale che costituisce il calcare. Il risultato è una rete di cristalli di calcite microscopici e interconnessi. Antorveza Paez la descrive in modo semplice: «Usiamo i batteri per produrre una sorta di colla minerale». Il processo, chiamato biocementazione, era già stato impiegato per stabilizzare i terreni e nel calcestruzzo autorigenerante. Il suo lavoro lo applica alle parti di edifici stampate.
In the first method, the team prints a "bio-ink" made of a gel of water, naturally occurring alginate and xanthan, sand and live bacteria. The object is then immersed in a bath of urea and calcium chloride. The bacteria break down the urea with an enzyme called urease, which releases carbonate ions. Those ions combine with the calcium to form limestone between the grains. The whole process takes two to five days, depending on the strength wanted, and the bath is renewed every day. Antorveza Paez compares it to baking: "You've got the dough, which is still very malleable and delicate. Only the oven can turn it into something solid," with the bacteria playing the role of the oven.
Nel primo metodo, il team stampa un «bio-inchiostro» composto da un gel di acqua, alginato e xantano di origine naturale, sabbia e batteri vivi. L'oggetto viene poi immerso in una vasca di urea e cloruro di calcio. I batteri scompongono l'urea con un enzima chiamato ureasi, che libera ioni carbonato. Questi ioni si combinano con il calcio per formare calcare tra i granuli. L'intero processo richiede da due a cinque giorni, a seconda della resistenza desiderata, e la vasca viene rinnovata ogni giorno. Antorveza Paez lo paragona alla cottura al forno: «Hai l'impasto, che è ancora molto malleabile e delicato. Solo il forno può trasformarlo in qualcosa di solido», con i batteri nel ruolo del forno.
The second method drops the bath. A robotic arm sprays bacteria, the mineral ingredients and sand onto a surface, layer after layer. The printed method suits architectural elements, while spraying is aimed more at surfaces, according to the researcher. Both have been used to make parts, including a facade element, and the material could also serve for shade structures and partition walls.
Il secondo metodo elimina la vasca. Un braccio robotico spruzza batteri, gli ingredienti minerali e la sabbia su una superficie, strato dopo strato. Secondo la ricercatrice, il metodo a stampa si adatta agli elementi architettonici, mentre la spruzzatura è rivolta piuttosto alle superfici. Entrambi sono stati usati per realizzare parti, tra cui un elemento di facciata, e il materiale potrebbe servire anche per strutture di ombreggiatura e pareti divisorie.
What changes for builders is still a question of time and testing. The material cannot yet bear loads, and more research is needed to make it load-bearing. The spray method also requires study of how the grains and binding medium are arranged inside the object. The researcher's own summary of the next step is: "The big question is no longer whether biocement works, but rather how well its properties can be managed." If those properties can be controlled, a binder that needs no heating could one day reduce the emissions linked to cement, but the sources do not yet say when, or for which applications first.
Ciò che cambierà per i costruttori è ancora una questione di tempo e di prove. Il materiale non può ancora sostenere carichi e servono ulteriori ricerche per renderlo portante. Il metodo a spruzzo richiede anche lo studio di come sono disposti i granuli e il mezzo legante all'interno dell'oggetto. La stessa ricercatrice riassume così il passo successivo: «La grande domanda non è più se il biocemento funzioni, ma piuttosto quanto bene si possano gestire le sue proprietà». Se tali proprietà potranno essere controllate, un legante che non richiede riscaldamento potrebbe un giorno ridurre le emissioni legate al cemento, ma le fonti non dicono ancora quando, né per quali applicazioni verrebbe usato per primo.