L’edilizia sembra un po’ ispirarsi agli organismi viventi, infatti le nostre abitazioni, grandi o piccole che siano, non sono molto diverse da un corpo umano. Possiedono una struttura di sostegno equiparabile alle nostre ossa e hanno una superficie esterna come noi abbiamo la pelle; respirano, utilizzano l’elettricità, consumano energia, regolano la temperatura e producono rifiuti in modo simile agli organismi viventi, pur essendo inanimati.
Partendo da questo presupposto, cosa succederebbe se gli edifici e tutto ciò che li compone, dai tetti ai muri, alle travi di sostegno, alle porte e a tutto il resto fossero vivi, fatti crescere come organismi, mantenuti in vita e “guariti” dai guasti con altri materiali viventi?
Batteri produttori di mattoni per l’edilizia
Provate a immaginare architetti e ingegneri che nell’edilizia impieghino strumenti genetici che in grado di codificare la struttura di un edificio all’interno del codice genetico di organismi appositamente sviluppati per farli crescere in strutture che si riparano da sole e che interagiscono con i loro inquilini adattandosi all’ambiente. Sembra fantascienza, ma oggi queste teorie si stanno spostando nei laboratori di ricerca mentre i ricercatori cercano di manipolare cellule per trasformarle in microscopiche fabbriche.
Alla University of Colorado, Wil Srubar è a capo del Living Materials Laboratory e in collaborazione con colleghi esperti in biochimica, microbiologia, scienza dei materiali e ingegneria strutturale, utilizza kit di strumenti di biologia sintetica per ingegnerizzare i batteri per creare minerali e polimeri e trasformarli in blocchi viventi che un giorno potrebbero dare vita a vere e proprie abitazioni.
In uno studio pubblicato su Scientific Reports, Srubar e colleghi hanno programmato geneticamente l’E. coli per creare particelle di calcare con forme, dimensioni, rigidità e tenacità diverse. In un altro studio, hanno dimostrato che l’E. Coli può essere geneticamente programmato per produrre stirene, la sostanza chimica utilizzata per produrre schiuma di polistirene, il comune polistirolo.
In un lavoro più recente, pubblicato su Matter, Srubar e il suo team hanno usato i cianobatteri fotosintetici per far crescere un materiale da costruzione strutturale e lo hanno mantenuto in vita. Simili alle alghe, i cianobatteri sono microrganismi verdi presenti in molti ambienti, anche negli acquari, ad esempio. Invece di emettere CO2, i cianobatteri catturano la CO2 e la luce solare per crescere e, nelle giuste condizioni, creano un biocemento, che il team ha utilizzato per fissare particelle di sabbia in modo da ottenere un mattone vivente.
Mantenendo vivi i cianobatteri, il team ha realizzato materiali da costruzione in modo esponenziale. Un mattone vivente diviso in due darebbe vita a due mattoni che a loro volta verrebbero divisi in due dando vita a quattro mattoni e cosi via di seguito. Non si dovrebbe realizzare un mattone alla volta ma ne basterebbe uno per ottenere una crescita esponenziale. Una vera e propria svolta per l’edilizia.
L’ingegnerizzazione dei materiale da costruzione viventi
I ricercatori sono solo all’inizio e l’ingegnerizzazione dei materiali viventi ha una grande potenzialità per l’edilizia e non solo. Potrebbero essere usati molti altri organismi nel processo, alcuni batteri potrebbero produrre materiali che si auto riparano o che reagiscono a determinati stimoli di pressione o temperatura o che magari si illuminano. Se la natura è in grado di dare queste risposte all’ambiente anche i materiali di questo tipo possono essere ingegnerizzati con giusto processo per fare altrettanto.
Per realizzare un edificio di questo tipo sarà necessaria una quantità di energia inferiore rispetto ai metodi di costruzione oggi adottati. Produrre e trasportare i materiali necessari oggi è costoso anche in termini di emissione di anidride carbonica e non solo per quanto riguarda il consumo di energia vero e proprio.
Un esempio? Ottenere il cemento dal calcare, fondere la sabbia per ottenere il vetro, il trasporto dei materiali e il montaggio dei componenti producono l’11% delle emissioni globali di CO2. La sola produzione di cemento ne rappresenta l’8%. Al contrario, alcuni materiali viventi, come i mattoni prodotti da cianobatteri, potrebbero effettivamente catturare la CO2.
Altre squadre di ricercatori di tutto il mondo stanno dimostrando il potenziale dei materiali viventi ingegnerizzati su molte scale per l’edilizia, inclusi biofilm capaci di condurre elettricità, catalizzatori viventi a cellula singola per reazioni di polimerizzazione e cellule fotovoltaiche viventi. I ricercatori hanno realizzato maschere viventi che rilevano e comunicano l’esposizione a sostanze chimiche tossiche e cercano di far crescere e assemblare materiali sfusi da una singola cellula geneticamente programmata.
Mentre le singole celle sono spesso inferiori ad un micron, i progressi della biotecnologia e della stampa 3D consentono la produzione commerciale di materiali viventi a misura d’uomo.
Ecovative, ad esempio, coltiva materiali simili a schiuma usando un micelio fungino. Biomason produce blocchi biocementati e piastrelle in ceramica utilizzando microrganismi.
Sebbene questi prodotti siano senza vita alla fine del processo di produzione, i ricercatori della Delft University of Technology hanno escogitato un modo per incapsulare e stampare in 3D i batteri viventi in strutture multistrato che potrebbero emettere luce quando incontrano le sostanze chimiche giuste.
Preoccupazioni
Questo è un campo appena nato, ci vorrà del tempo e ulteriori investimenti nella ricerca per colmare il divario e passare alla produzione e alla commercializzazione dei materiali viventi. Molte sfide attendono la ricerca, i costi, i test e le certificazioni, il tutto dovrà essere presentato al consumatore che dovrà accettare il cambiamento e passare ai nuovi materiali.
Ad esempio, l’industria delle costruzioni ha una percezione negativa degli organismi viventi. Pensa a muffe, ragni, formiche e termiti. Il team spera di spostare questa percezione. I ricercatori che lavorano su materiali viventi dovranno affrontare le preoccupazioni relative alla sicurezza e alla biocontaminazione.
La National Science Foundation ha recentemente inserito i materiali viventi ingegnerizzati tra le principali priorità di ricerca del Paese. La biologia sintetica e i materiali viventi ingegnerizzati svolgeranno un ruolo fondamentale nell’affrontare le sfide che gli esseri umani dovranno affrontare nei prossimi decenni: cambiamenti climatici, resilienza alle catastrofi, invecchiamento, infrastrutture sovraccariche ed esplorazione dello spazio.
Con le attuali problematiche l’umanità ben presto si rivolgerà a questi nuovi metodi di produzione e costruzione che ci eviteranno di fondere, bruciare e, quindi, di inquinare l’ambiente aiutandoci a costruire il nostro mondo che si legherà in modo più sfumato e meno invasivo alla natura circostante.
