2026年10月21日，来自瑞士苏黎世联邦理工学院建筑系的科研团队，利用微生物诱导方解石沉淀（MICP，又称生物胶结）技术，开发出一套基于细菌的生物水泥 3D 打印工艺，能够制造建筑外立面、隔断等构件，相关成果还亮相 2025 威尼斯建筑双年展，为可持续建筑开辟全新路径。
生物矿化
水泥生产是全球碳排放的重要来源，建筑行业迫切寻找低能耗、低碳的新型建造方案。微生物诱导方解石沉淀并非全新技术，此前已经应用于混凝土自修复、水土流失治理等领域。该项目主要研究者Karen Antorveza Paez表示：“利用细菌生产一种矿物粘合剂，过去最大的短板是缺少可以按需调控这套生物过程、直接生产建筑构件的制造工艺。”研究选用巴氏生孢八叠球菌，这种细菌可以通过代谢，促使周围环境析出碳酸钙，也就是石灰石、牡蛎贝壳的主要矿物成分，把松散的砂粒牢牢胶结在一起。自然界里珊瑚、钟乳石，都是依靠类似生物矿化的方式生长成型，科研团队正是借鉴了这套大自然沿用亿万年的制造逻辑。
两阶段成型
整套生物水泥 3D 打印分为两个核心阶段，整体周期最长可达五天，大部分时间都浸泡在溶液中完成矿化反应，Karen Antorveza Paez表示：“这个过程就像烤蛋糕，打印出来的坯体就像生面团，柔软易变形，只有经过后续矿化处理，才能转变为坚硬可用的成品。”首先，机器人挤出系统打印含有活菌的生物墨水。墨水以海藻酸盐与黄原胶复配的剪切变稀水凝胶为基底，混入砂石和细菌，依靠机械挤出塑造出目标造型。打印完成后，构件被放入含有尿素与氯化钙的溶液槽内。钙离子先和海藻酸盐发生交联，依靠离子键初步稳住整体外形。
接下来细菌开始发挥作用，细菌分解营养液中的尿素，代谢析出碳酸钙晶体。晶体不断生长、互相咬合锁死，松散的砂坯就此固化成为坚硬构件。全部工序都在常温环境完成，不需要传统水泥、陶瓷生产所必需的高温煅烧。构件完成干燥之后，内部细菌会进入失活状态，最终得到性质稳定、环境友好，还具备可回收潜力的成品，生产用到的砂石、各类药剂原料储量丰富、价格低廉。不过反应会产生铵盐副产物，氯化钙本身存在呼吸道刺激性，这些都属于技术需要攻克的现实问题。
两套工艺并行
团队同时在推进两条技术路线，二者定位各有侧重。机器人 3D 生物打印更适合制作外立面遮阳板、室内隔断这类预制模块化建筑构件。在威尼斯建筑双年展的展览中，就展出了该工艺打造的多孔、造型复杂的生物矿化展品。除此之外，团队还在研发机器人喷涂工艺，将砂子、细菌、尿素、氯化钙逐层喷涂到建筑表面。这种方式更加适配建筑外立面等大面积施工场景。但喷涂路线还面临不少现实难点：材料粘结效果、力学性能、逐层沉积稳定性都有待优化。Karen Antorveza Paez表示：“3D 打印工艺主打定制化建筑构件，而喷涂工艺更多面向建筑表面作业。” 不管选择哪一种方式，想要调配出理想的粘结剂与完整配方，还需要漫长的迭代调试。
机遇与挑战并存
相较于传统建材，这套生物制造工艺最大的优势在于极低能耗，能够大幅削减二氧化碳排放，契合建筑业减碳的大趋势。但距离真正大规模投入工地使用，还有诸多现实难关需要跨越。反应生成的氨气不能直接排放渗入土壤，需要设计专门装置进行收集处理；氯化钙具有刺激性，作业最好在封闭工厂内完成，操作人员需要佩戴全套防护装备，科研团队也正在寻找方案降低这些环境与健康风险。同时材料整体力学性能、长期户外耐久表现、项目综合成本，都还需要开展大量实测验证。
科研人员也提出了有趣的设想：反应产出的氨副产物，未来或许可以就地转化为农业肥料；也可以借鉴芳纶合成的界面聚合化学思路，把副产物转化成聚酰胺等有经济价值的化工原料。虽然现阶段还很难直接用来搭建完整楼房，但这项技术已经适合艺术家、设计师、市政科普场馆用来展示未来低碳建造的可能性。细菌早已帮助人类生产胰岛素、抗生素、生物塑料、发酵食品，而在不远的未来，它们或许也会帮人类建造出房子。
来源：南极熊
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