建筑行业是全球资源消耗和碳排放的主要来源之一。如今，瑞典查尔姆斯理工大学的一个研究团队正试图从一种最意想不到的原料中找到解决方案——面包酵母。该团队成功地利用普通的烘焙酵母开发出一种全新的生物基3D打印材料，可用于制造室内隔断、墙面系统和遮阳屏等建筑装饰元素。这一研究成果发表在《建筑学研究前沿》期刊上。
从厨房到实验室：酵母成为建筑材料
在这项研究中，酵母并非用于发酵过程，而是作为生物质原料使用。研究团队将加热后的酵母与木纤维、藻酸盐（从海藻中提取的天然胶凝剂）、植物甘油和水混合在一起，形成一种可3D打印的水凝胶。这种水凝胶具有触变性——在受到挤压时流动性增加，挤出后迅速恢复黏度，确保打印层能够保持形状。
打印过程采用基于压力的3D打印技术，在室温下即可完成。无需加热喷嘴、无需支撑结构、无需惰性气体保护——整个打印过程的能耗极低。打印件在自然环境下干燥后即可作为建筑材料使用。研究团队发现，通过调整配方比例，还可以改变材料的颜色、表面纹理和透明度，为设计师提供了丰富的创作空间。
环境效益：完全可生物降解的低碳材料
这种材料的最大环境优势在于其完全可生物降解的特性。与传统合成建材（如塑料、聚酯纤维和泡沫板）不同，酵母基生物材料在使用寿命结束后可以在自然环境中分解，不会产生微塑料等持久性污染物。从全生命周期碳足迹来看，酵母作为一种快速再生的生物资源，其种植和加工过程的碳排放远低于石化基材料。
此外，该材料还具有良好的碳封存潜力——酵母在生长过程中吸收二氧化碳，部分碳被固定在材料结构中。虽然单个建筑元素的碳封存效果有限，但如果大规模应用，其对建筑行业整体碳减排的贡献不容忽视。与同类研究相比，查尔姆斯理工大学的酵母基材料在原料获取便利性和生产成本方面具有明显优势——面包酵母是人类数千年来一直在使用的微生物，大规模培养技术非常成熟且成本极低，每公斤干酵母的成本仅为石化基塑料原料的十分之一左右。
在建筑室内设计中的应用潜力
研究团队将这种新材料定位为建筑室内装饰领域的环保替代品。具体应用包括：室内隔断系统——可以打印成具有设计感的多孔隔断墙，既分隔空间又不影响采光；墙面装饰面板——通过调整颜色和纹理，可以替代木饰面板和合成壁板；遮阳屏——打印成具有规律性孔洞结构的遮阳屏，调节室内光线和温度；以及定制灯具和装饰品等小型建筑元素。
该研究的领导者、查尔姆斯理工大学建筑与土木工程系教授Malgorzata Zboinska表示：「工程化生物材料（ELM）的未来令人兴奋，它们在定制化功能方面具有巨大潜力——例如自修复材料或通过中和有害物质来净化空气的材料。我们目前取得的成果是建立全新建筑装饰材料类型的重要第一步。可以这样说，我们正在为以全新方式结合可持续性、功能性和设计奠定基础。」
工程化生物材料的未来发展方向和挑战
在后续研究中，Zboinska教授计划进一步探索工程化生物材料的功能化可能性。例如，在材料中添加特定的微生物或酶，使其能够分解空气中的甲醛等有害挥发性有机物（VOC），实现空气净化功能。另一个方向是开发自修复能力——当材料表面出现微小裂缝时，材料中的休眠微生物被激活并分泌修复物质，自动填补裂缝。
然而，这种酵母基材料也面临实际的挑战。首先是力学性能的提升需求——目前材料的强度尚不及传统建材，需要通过调整配方或添加增强纤维来改善。其次是防水性和耐久性——生物基材料在潮湿环境中的使用寿命需要进一步验证和优化。第三是规模化生产工艺的开发——从实验室样品到工业量产的工艺放大还需要大量工程研究。尽管如此，这一开创性的研究成果已经为建筑行业的可持续发展提供了一条充满想象力的全新路径。
来源：3DPrint.com / Chalmers University of Technology