Forskere ved ETH Zürich utvikler en form for bioksement der levende bakterier binder sandkorn sammen til faste arkitektoniske komponenter. Metoden kombinerer biologi med digital produksjon og kan gjennomføres uten den ekstreme varmen som vanligvis kreves i sementproduksjon.

Arbeidet ledes av arkitekten og forskeren Dr. Karen Antorveza Paez. Ved hjelp av bakterier, sand og robotteknologi forsøker teamet å lage byggematerialer uten å brenne fossilt brensel.

Skal redusere behovet for energikrevende sement

Sementproduksjon står for rundt åtte prosent av verdens samlede karbonutslipp. En viktig årsak er at sentrale ingredienser må brennes i massive ovner ved svært høye temperaturer.

Antorveza Paez bruker i stedet jordbakterien Sporosarcina pasteurii. Bakterien kan produsere et slags «minerallim» som får sand og andre løse korn til å feste seg.

«Vi bruker bakterier til å produsere en form for mineralbasert lim», sier Antorveza Paez.

Prosessen kalles mikrobiologisk indusert utfelling av kalsiumkarbonat. Bakteriene bryter ned urea ved hjelp av et naturlig enzym, og det dannes karbonationer i blandingen. Når ionene reagerer med kalsiumklorid, oppstår mikroskopiske kalksteinkrystaller. Krystallene låser sandkornene mekanisk sammen og gjør materialet fast ved romtemperatur.

«Det er litt som å bake en kake», forklarer Antorveza Paez. «Du har deigen, som fortsatt er svært formbar og skjør. Det er først ovnen som gjør den fast.»

I dette tilfellet er det bakteriene som fyller ovnens rolle.

To produksjonsmetoder

Forskerne har utviklet to digitale metoder for å lage arkitektoniske elementer av bioksement.

Den ene er en 3D-utskriftsprosess med en spesiallaget bioblekkblanding av vann, naturlig gummi, sand og levende bakterier. Etter at materialet er skrevet ut i ønsket form, legges konstruksjonen i et mineraliseringsbad i to til fem dager. Badet fornyes daglig for å tilføre næringsstoffene bakteriene trenger.

På samme måte som en ovn herder bakteriene materialet ved romtemperatur, uten tilført varme. Etter tørking står det igjen en fullstendig herdet og inaktiv mineralkomponent.

Den andre metoden bruker en robotarm til å sprøyte vekselvis lag med sand, bakterier og mineraliserende stoffer på overflater. Utformingen er inspirert av naturlige mikrobielle bergstrukturer, blant annet stromatolitter.

«Som arkitekt vet du vanligvis ikke nøyaktig hva et materiale består av – det blir produsert et annet sted», sier hun. «Jeg fascineres av at naturen har funnet måter å lage svært avanserte materialer på, og at vi kan bruke dette til å håndtere problemene vi står overfor nå.»

Foreløpig ikke sterkt nok til bærende konstruksjoner

Biok sementen er likevel ikke klar til å erstatte konstruksjonsbetong. Materialets styrke ligger foreløpig nærmere mørtel, og det egner seg derfor bedre til ikke-bærende elementer som skillevegger eller fasadeplater.

Prosessen har også en miljøutfordring. Den kjemiske reaksjonen frigjør ammonium, et forurensende biprodukt som må behandles eller resirkuleres på en trygg måte.

«Hvis vi ikke tar hånd om håndteringen av dette kjemiske biproduktet, er det dessverre ikke bærekraftig å bygge med bioksement», sier Antorveza Paez.

Potensialet for automatisert bygging ble demonstrert gjennom en installasjon under Arkitekturbiennalen i Venezia i 2025. Der vokste en biok sementkonstruksjon fram i løpet av en seks måneder lang installasjon, mens besøkende fulgte prosessen.

Metoden bygger på en idé som også tidligere er vurdert for å lage strukturer på Mars. Forskerne har nå vist at bakterier kan brukes til å dyrke fram byggematerialer. Den videre utfordringen er å gjøre materialene sterke nok til å kunne bære selve byene.