科学家们正转向生物世界寻找混凝土的替代品。许多不同的动物，如陆龟、海龟和牡蛎，都会生产自己的硬化结构材料——但最有趣的硬质材料来源之一来自某些产生方解石的细菌，方解石是构成石灰石的一种碳酸钙。
混凝土是地球上消耗最广泛的材料，每年生产约250亿吨。它比其他建筑材料寿命长数十年，而且不燃烧、不生锈、不腐烂。但水泥（混凝土的主要成分）的制造是所有制造行业中能源消耗最高的；它是二氧化碳排放的主要来源，每年排放28亿吨，约占全球二氧化碳排放量的8%。
当我们面对地球气候正在发生的灾难性变化时，我们现在必须正视生产混凝土所带来的相关环境成本。活体建筑材料，如产生方解石的细菌，它们所需的能量很少，碳足迹也大大降低，可能在各种功能中发挥作用。
修复中
例如，这些细菌可以用于修复混凝土裂缝。混凝土抗拉强度低，本质上是脆性的，这使得它容易开裂。传统的修复方法使用环氧树脂等化学品，这些化学品昂贵且需要人工操作。但是，科学家们经过基因改造以增强其方解石生成特性的巨大芽孢杆菌（Bacillus halodurans）的分散液可以喷洒到裂缝中。
扫描技术在2019年显示，细菌产生的方解石渗透到整个裂缝深度，形成永久性密封。基于这项技术的液体修复系统最近已上市。
方解石生成细菌更具雄心的用途是制造自修复混凝土。荷兰科学家将杆菌（可在没有食物或水的情况下存活数十年）封装在可生物降解的塑料中，并以乳酸钙作为食物来源。然后将这些胶囊添加到混凝土混合物中。当混凝土出现裂缝时，雨水进入并溶解了塑料，使细菌能够代谢并产生修复方解石。
“这是将自然与建筑材料结合起来，”发明者，荷兰代尔夫特理工大学研究员Henk Jonkers说。“自然免费为我们提供了许多功能——在这种情况下是产生石灰石的细菌。如果我们可以将其应用到材料中，我们就能真正从中受益，所以我认为这是将自然和建筑环境结合成一个新概念的一个非常好的例子。”
成长
或许方解石生成细菌最有趣的应用来自于科罗拉多大学博尔德分校科学家的工作，他们去年利用细菌制造了一种完全不含水泥的建筑砌块。他们通过将沙子、明胶、钙营养物质和一种光合蓝细菌的混合物倒入模具中来制造这种低碳建筑材料。当明胶凝固后，它形成了一个支持细菌生长的支架。然后细菌沉积碳酸钙，将混合物变成一块固体，其强度大致与水泥基砌块相当。
然而，有一个关键的区别。传统的类水泥材料强度增长非常缓慢；强度通常只在28天后才测量。相比之下，细菌方法制造的砌块在仅仅七天后就能达到其全部强度。
这种方法可能用于在偏远地区和恶劣环境中“生长”结构材料。所需的材料相对较少，可以将袋装成分以脱水形式分发。这种系统可能对临时民用和军事结构、铺路、外墙或其他轻型承重结构有用。
材料必须干燥才能达到最大强度，但如果保持砖块足够湿润以使细菌执行其他有用功能，也可能带来优势。这种多功能建筑材料例如能够逆转地震造成的结构损伤。其他功能也可能实现：感应并响应空气中的毒素，甚至在黑暗中发光。
“我们已经在建筑中使用生物材料，比如木材，但这些材料已经不再是活的了，”参与这项研究的科罗拉多大学博尔德分校工程学助理教授Wil Srubar说。“我们正在问，‘为什么我们不能让它们活着，并让这种生物学也做一些有益的事情呢？’”
