Bei der Herstellung von Beton werden große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Der als Bindemittel benötigte Zement verursacht zwischen fünf und acht Prozent aller menschengemachten CO2-Emissionen. Das Baumaterial ist entsprechend schlecht für das Klima. Forschende arbeiten daher seit Längerem daran, umweltfreundlichere Alternativen zu entwickeln. „Biomineralisierte Materialien haben nicht eine ausreichend hohe Festigkeit, um Beton in allen Anwendungen zu ersetzen, aber wir und andere arbeiten daran, ihre Eigenschaften zu verbessern, damit sie stärker genutzt werden können“, sagt Seniorautorin Chelsea Heveran von der Montana State University. Erste Biobaustoffe, die aus Molekülen oder Zellen von toten Organismen hergestellt werden, kommen bereits allmählich auf den Markt, um Beton zumindest schon in einigen Bereichen zu ersetzen.
Woran Forschende noch tüfteln, sind Materialien, die aus lebenden Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilzen hergestellt werden. Diese Mikroben lagern natürlicherweise Kalk ab und bauen so ein Mineralgerüst. In solchen Baustoffen könnten die lebenden Zellen das Material daher aktiv instand halten, indem sie es bei Beschädigungen reparieren und defekte Bestandteile beseitigen. Doch bislang ist es nicht gelungen, die Zellen in solchem Biozement lange am Leben zu halten; in der Regel überleben sie nur für wenige Tage oder Wochen. Zudem fehlen diesen Baustoffen bisher die komplexen inneren Strukturen, die für die Stabilität bei vielen Bauprojekten erforderlich sind.
Biozement aus Pilzgerüst und Bakterien
Ein Team um Heveran und Erstautor Ethan Viles von der Montana State University hat nun einen neuartigen Baustoff entwickelt, der diese Makel ausmerzen soll. Dafür verwendeten die Ingenieure nicht wie bisher empfindliche Hydrogele aus Gelatine, Agarose oder Alginat als Gerüst, sondern das wurzelähnliche Myzel der Pilzart Neurospora crassa. Dieses Pilzgeflecht kombinierten sie mit Bakterienzellen der Art Sporosarcina pasteurii. Beide Spezies können über ihren Stoffwechsel aus Harnstoff und Calcium Kalk produzieren, jedoch nicht gemeinsam wachsen. Die Forschenden töteten daher den vorgezüchteten Pilz ab und fügten seinem Geflecht lebendige Bakterien hinzu. Anschließend testeten die Forschenden, wie lange das Material lebendig bleibt, wie stabil es ist, wie gut es sich formen lässt und wie es dann im Inneren aussieht.
Es stellte sich heraus, dass der pilzbasierte Biozement mindestens einen Monat lang verwendbar ist und lebendig bleibt. „Die Lebensfähigkeit wurde nicht über einen Zeitraum von mehr als vier Wochen getestet, dürfte aber unter einigen unserer Versuchsbedingungen (…) deutlich länger sein“, so das Team. Die Tests legen nahe, dass die Bakterien in Gegenwart des Pilzgeflechts mit diesem verwachsen und so besser mit Trockenstress zurechtkommen. Die Forschenden vermuten, dass das Pilzgerüst den Bakterien Feuchtigkeit und/oder Nährstoffe liefert.
