细菌把沙子黏成建筑级材料，3D打印也行

沙子是混凝土等建材的重要成分，但单靠沙粒本身很难承担建筑用途。如果能让沙粒彼此黏结，沙子就能变成一种无需传统水泥的固体建材。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队正试图用细菌完成这件事。

传统水泥生产需要高温和大量能源，是二氧化碳排放的重要来源。寻找更可持续的替代方案，对建筑行业意义不小。研究人员使用的是一种活体细菌——巴氏芽孢八叠球菌（Sporosarcina pasteurii）。在合适条件下，它能在沙粒之间生长，并通过生成碳酸钙把沙粒黏在一起。碳酸钙也是石灰岩、白垩和贝壳中的常见成分。

用细菌胶结沙子的“生物胶结”思路并不新鲜，此前已被用于稳定农田土壤、修复混凝土裂缝。ETH Zurich 项目的不同之处在于目标：不只是改良现有材料，而是让沙子本身成为建筑构件。

两种建造路线

在 Karen Antorveza Paez 带领下，研究组找到了两种可行方法。

3D 打印“生物墨水”

第一种方法把生物胶结与 3D 打印结合。团队调配了一种“生物墨水”，成分包括水、沙子、活细菌和化学物质，稠度类似凝胶，可以被打印成目标形状。

成型后，物体要在含尿素和氯化钙的浴液中浸泡三天。这是关键步骤：细菌在此过程中触发晶体生成，把沙粒黏结起来。之后，物体在室温下干燥两天，细菌失去活性，最终得到坚固耐用的结构。整个流程最长约五天。

Antorveza Paez 把这一过程比作烤蛋糕：“你有面团，它还很柔软、很脆弱。只有烤箱才能把它变成固体。”在这里，细菌扮演烤箱的角色，而且不需要加热。

机械臂逐层堆叠结构（图：ETH Zurich）

机器人喷涂

第二种方法用机械臂把沙子和细菌的混合物喷涂到表面。随着碳酸钙形成，目标物体一层层被建造出来。听起来耗时，但优势在于可以完全自动化。该系统连续运行了六个月，说明它有能力在较少人工监督下持续工作。

两种方法面向不同场景：3D 打印更适合复杂的建筑构件，机器人喷涂则适合处理表面。

研究中制作的实心沙子立面构件（图：Kai-Hsun Yeh / ETH Zurich）

离实用还有距离

这项技术目前仍有局限。最令人担心的是 3D 打印矿化浴产生的副产物——铵。铵毒性很强，在扩大规模前，研究人员需要找到中和它的办法。

最终材料的强度也是关键问题。现阶段，它有望替代砌筑砖块用的砂浆，但强度还不及能支撑楼板、柱子和地基的混凝土。团队还在研究沙粒尺寸如何影响成品性能。要让“沙堡”真正变成建筑项目，还有不少工作要做。

来源：ETH Zurich