引言
2026年6月，瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的研究团队公布了一项令人耳目一新的研究成果——利用面包酵母、木质纤维素纤维、海藻酸钠和植物甘油等日常生物原料，开发出一种可3D打印的生物基建筑材料。这项研究发表在材料科学领域的权威期刊上，核心创新在于将微生物发酵与增材制造技术巧妙结合，创造了一种完全可生物降解、原料可再生且制备过程零废弃的新型建材。在全球建筑业面临碳排放压力巨大、传统建材资源日益枯竭的大背景下，查尔姆斯理工大学这项"从厨房到建筑"的研究思路，为建筑3D打印材料开发开辟了一条全新的技术路线。建筑行业占全球能源相关二氧化碳排放量的近40%，其中水泥生产一项就贡献了全球碳排放量的约8%，寻找水泥或传统塑料建材的可持续替代方案已是迫在眉睫的行业课题。
生物基3D打印材料的制备工艺
查尔姆斯理工大学研究团队开发的新型生物基3D打印材料的制备工艺极具创新性和可操作性。研究灵感来源于日常生活中的烘焙过程——面包酵母在发酵过程中产生的二氧化碳气体使面团膨胀，同时微生物的代谢活动改变了面团的流变特性。研究人员将这一思路引入3D打印材料开发：首先将面包酵母与木质纤维素纤维（造纸和木材加工的副产品）混合，加入海藻酸钠作为胶凝剂、植物甘油作为增塑剂，再添加适量水调节粘稠度。混合物经过短时间的发酵处理后，获得了适合3D打印挤出的流变性能。在打印过程中，材料在挤出后通过交联反应快速固化定型，无需额外的加热或紫外光照射。打印完成后，样品在常温下自然干燥即可获得足够的力学强度。整个过程中，所有的原材料均来自可再生生物质资源或食品工业副产品，不涉及任何石油基化工原料或有毒溶剂，材料本身在使用寿命结束后可以在土壤中自然降解，无需特殊的回收处理流程。这种"从摇篮到摇篮"的生命周期设计理念，使该材料在环保性上优于几乎所有现有的商用3D打印建材。
材料的力学性能与应用潜力
查尔姆斯理工大学的研究团队对新型生物基3D打印材料进行了全面的力学性能表征。实验结果显示，经过优化配方后的材料抗压强度达到了5至8兆帕（MPa），抗弯强度为3至5兆帕，虽然这些数值还无法与混凝土的强度相媲美，但已经超过了传统石膏板和部分轻质砖砌体的强度水平，完全满足室内隔墙、装饰面板和临时结构等非承重应用的要求。更值得关注的是，材料的密度仅为每立方厘米0.6至0.8克，约为普通混凝土的四分之一到三分之一，非常有利于降低建筑物的自重和对地基的要求。同时，材料的多孔结构赋予了优异的隔热和吸音性能，导热系数约为0.08至0.12瓦每米开尔文，与商用保温材料相当。此外，材料还具有一定的湿度调节能力，可以通过吸收和释放水分帮助调节室内温度，提高居住舒适度。研究人员表示，通过进一步优化配方和工艺参数，材料的力学性能还有较大的提升空间，未来有望应用于轻度承重的围护结构和景观设施等更广泛的建筑场景。
与现有建筑3D打印材料的对比分析
目前建筑3D打印领域的主流材料是特种混凝土和地质聚合物（地聚物）砂浆。混凝土建筑3D打印虽然已经实现了从住宅到桥梁的多种应用，但水泥生产过程中的高碳排放和混凝土本身的不可回收性一直是行业难以回避的环保痛点。地质聚合物虽然可以用工业废料如粉煤灰和矿渣替代部分水泥，降低了碳排放，但仍属于无机非金属材料体系，可降解性和原料可再生性有限。与这些主流材料相比，查尔姆斯理工大学的生物基材料在环保性上具有明显的优势：原材料全部来自可再生生物质或食品工业副产品，生产过程接近零碳排放，使用寿命结束后可完全生物降解。然而在当前的力学性能上，生物基材料还无法挑战建筑施工中所需要的承重能力。在成本方面，由于开发阶段产量很小，目前无法进行精确的成本对比，但从原料本身的低成本属性（酵母、植物甘油、木质纤维均为价格低廉的大宗原料）来看，量产后的成本有较大的下降空间。研究团队认为，最适合该生物基材料的应用场景首先是建筑内装领域，如分隔墙、天花板、装饰面板和临时展览空间等，这些应用对材料强度要求不高但对环保和可回收性有较高期望。
可持续建筑材料的未来发展方向
查尔姆斯理工大学的这项研究代表了建筑3D打印材料领域的一个新兴方向——从工业无机材料向生物基有机材料的转变。研究人员指出，这种转变的核心驱动力来自于全球对建筑行业碳减排的迫切需求。建筑行业占全球碳排放的40%，其中材料生产环节的碳排放占比超过一半。如果建筑3D打印行业要真正履行其作为绿色制造技术的承诺，那么开发低碳甚至负碳的打印材料就成为不可回避的战略任务。除了酵母基生物材料外，国际学术界和产业界还在探索多种可持续建筑3D打印材料方案，包括基于菌丝体的真菌砖复合材料、大麻混凝土掺合料、回收塑料基复合材料和藻类基生物聚合物等。这些不同的技术路线各有优势和适用场景，未来的建筑3D打印材料将呈现出多元化的格局，不同的材料将根据应用场景的具体需求进行优化选择。查尔姆斯理工大学的这项研究特别值得注意的是其极简的原料获取和制备流程，使得在偏远地区和发展中国家进行本地化生产成为可能，这对于推动3D打印建筑在全球范围内的普及具有特殊的意义。
总结
查尔姆斯理工大学利用面包酵母、木质纤维素纤维等日常生物原料开发可3D打印的生物基建筑材料，实现了从厨房到建筑的可持续制造创新。材料完全可再生、可降解且制备过程低碳环保，虽然当前力学性能主要满足非承重应用，但为建筑3D打印材料的绿色发展开辟了一个充满想象力的新方向。
来源：3Dnatives