斯图加特大学用细菌3D打印出生物混凝土 不烧水泥也能承重17兆帕

打印派   2026-06-17 08:59:57

造房子不用水泥,靠细菌把沙子“粘”起来,这个设想在实验室里已经能扛住17兆帕的压力了。斯图加特大学的研究团队开发出一种生物混凝土3D打印方法,用活细菌巴氏芽孢杆菌分解尿素产生碳酸钙晶体,把沙子粘结成可以承重的几何结构。论文已发表在《npj Advanced Manufacturing》。当水泥行业背着全球8%的碳排放包袱时,这种用微生物替代煅烧的路线正在从理论加速走向实物。

工艺的核心是把一台消费级3D打印机改造成细菌溶液喷射器。打印床上交替铺沙和喷洒细菌悬浊液,沙子粒径从0.063到2毫米不等。与以往生物混凝土打印最大的不同在于,团队在每层铺沙后加了一个气压活塞振动器压实沙层,提高堆积密度,最终拉高了抗压强度。为防止细菌在后续浸泡固化时被冲走,沙子预先用氯化钙溶液润湿固定。打印完成后,整个打印床在尿素和氯化钙溶液中反复浸泡20个循环,持续数天,完成矿化固化。

强度数据给出了两张答卷。两组直径25毫米、高30毫米的小尺寸圆柱体分别测得平均无侧限抗压强度11兆帕和17兆帕。这个数字已经超过德国标准对骨料混凝土砌块2.5兆帕的最低要求,但还够不上预应力预制构件20兆帕的门槛。一个直径90毫米、高80毫米的复杂几何测试件也成功打印并做了3D扫描,尺寸偏差在±4毫米之间,主因是压实过程中的水平和纵向变形。

研究人员坦承,当前工艺更适合薄壁、高表面积体积比的多孔结构——固化液渗入更致密几何体的深度有限。近期的应用目标是立面面板,远期则指向地外建造——早前已有研究尝试用月球表土和MICP工艺制砖,斯图加特团队的工作正在把这条路从砖块拉向更复杂的几何形态。

从烧石灰石到喂细菌,建筑材料的碳账本可能因微生物的一次水解反应而改写。11到17兆帕的数据离梁柱还差得远,但作为第一块不用水泥、靠细菌打印的结构砖,它至少证明了一件事:碳排放大户水泥的替代者,可能就藏在土壤里。


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