Materiales de construcción vivos que secuestran carbono: la revolución bioarquitectónica del futuro sostenible
¿Y si los edificios pudieran respirar como los árboles? Una nueva generación de materiales vivos promete capturar CO₂ del aire, crecer con la luz solar y transformar la arquitectura en aliada del clima.
Por Enrique Coperías
Instalación Picoplanktonics, una obra construida por los autores del estudio con bloques vivos impresos en 3D que incorporan cianobacterias funcionales y que está expuesta en la Bienal de Arquitectura de Venecia. Cortesía: Valentina Mori/ Biennale di Venezia
Imagina un edificio sostenible que no solo no contamina, sino que ayuda a limpiar el aire. Y que en lugar de emitir gases de efecto invernadero, actúa como un árbol, capturando dióxido de carbono (CO₂) de la atmósfera y almacenándolo de forma estable.
Esta idea, que hace unos años caía dentro de los dominios de la ciencia ficción, comienza hoy a materializarse gracias al trabajo de un equipo interdisciplinar del ETH de Zúrich, en Suiza, que ha desarrollado un material vivo, impreso en 3D, capaz de respirar y crecer como un organismo natural, secuestrando carbono de dos formas distintas.
El estudio, publicado en la revista Nature Communications, detalla la creación de un material compuesto por cianobacterias fotosintéticas encapsuladas en un hidrogel.
Este sistema no solo permite que los microorganismos capturen CO₂ para producir biomasa, sino que, además, precipitan minerales carbonatados que almacenan el carbono de forma estable. Es lo que los autores denominan «secuestro dual de carbono», una combinación sinérgica de biología sintética y materiales avanzados para mitigar la crisis climática.
¿Qué son los materiales vivos fotosintéticos y por qué pueden transformar la arquitectura sostenible?
«El objetivo común es crear materiales vivos que adquieran propiedades útiles gracias al metabolismo de los microorganismos —explica el profesor Mark Tibbitt, líder del estudio y experto en Ingeniería Macromolecular. Y añade—: Una de esas propiedades es la capacidad de secuestrar CO₂ del aire mediante la fotosíntesis».
Para lograrlo, el equipo desarrolló una matriz polimérica basada en hidrogel —un material blando formado por una red de polímeros que puede absorber y retener grandes cantidades de agua, manteniendo su estructura— que alberga a las cianobacterias del género Synechococcus. Se trata de una de las formas de vida más antiguas del planeta y extraordinariamente eficiente en la fotosíntesis.
Este hidrogel similar a la gelatina no solo proporciona un entorno acuoso favorable para la vida bacteriana, sino que ha sido diseñado para permitir el paso de la luz, los gases y los nutrientes, lo que permite mantener a las bacterias vivas y activas durante más de un año.
El material puede moldearse mediante impresión 3D, lo que permite crear estructuras complejas, porosas y optimizadas para maximizar la entrada de luz solar y la distribución de nutrientes. Como apunta la investigadora Dalia Dranseike, coautora principal del artículo, «gracias a este diseño, creamos estructuras que permiten la penetración de luz y distribuyen de forma pasiva los nutrientes mediante fuerzas capilares». Así, las bacterias encapsuladas no solo sobreviven, sino que prosperan.
Secuestro de carbono en dos fases
La clave del éxito del material reside en su doble capacidad de secuestro de carbono:
✅ Fase reversible. Esta se sienta en la fotosíntesis microbiana: las cianobacterias capturan CO₂ atmosférico y lo transforman en biomasa, es decir, en su propio crecimiento celular. Esto representa un almacenamiento de carbono reversible, dependiente de la vida de los microorganismos.
✅ Fase irreversible. Esta es más duradera y tiene que ver con la mineralización inducida por microorganismos. Durante la fotosíntesis, las cianobacterias alteran su entorno químico, aumentando el pH y propiciando la formación de carbonatos insolubles —como calcita yo magnesita— cuando se encuentran en un medio con calcio y magnesio.
«Estas bacterias precipitan minerales carbonatados que representan un sumidero adicional de carbono, y a diferencia de la biomasa, almacenan CO₂ en una forma mucho más estable», señala Yifan Cui, coautor principal.
Figura con forma de piña impresa en 3D con cianobacterias creciendo en su interior tras un periodo de desarrollo de senseta días. El color verde procede de la clorofila de las bacterias fotosintéticas. Cortesía: Yifan Cui / ETH Zurich
Resultados medibles: ¿cuánto CO₂ pueden capturar estos materiales vivos?
El resultado es sorprendente, como apuntan las pruebas de laboratorio. En efecto, el material fue capaz de capturar hasta 26 ± 7 mg de CO₂ por gramo en un periodo de cuatrocientos días. Para ponerlo en contexto, esto es cuatro veces más que lo que se consigue con la mineralización química de hormigón reciclado, que ronda los 7 mg/g, y significativamente superior a otros métodos biológicos de captura de carbono.
Además de secuestrar carbono, este proceso de mineralización tiene un efecto secundario positivo: refuerza mecánicamente el material. A medida que se forman los cristales de carbonato en el interior del hidrogel, la estructura se vuelve más rígida y resistente. Es decir, el material no solo crece, sino que también se fortalece con el tiempo.
Las mediciones mostraron un aumento progresivo en la rigidez y la tenacidad del material. Este refuerzo podría ser clave para aplicaciones arquitectónicas o de infraestructura sostenible, en las que se requiere estabilidad estructural.
«El material absorbe mucho más CO₂ del que almacena como biomasa —destaca Tibbitt. Y añade—: Eso se debe a la capacidad de estas cianobacterias para transformar carbono atmosférico en minerales dentro del propio material”.
Un auténtico ejemplo de bioingeniería estructural.
Aplicaciones reales: del laboratorio a la arquitectura ecológica
Aunque el desarrollo se encuentra aún en fase experimental, el equipo ya ha explorado aplicaciones a escala arquitectónica. Gracias a la arquitecta y biodiseñadora Andrea Shin Ling, también autora del estudio, la investigación salió del laboratorio y llegó a la Bienal de Arquitectura de Venecia.
En el pabellón de Canadá, Ling presentó la instalación Picoplanktonics, una obra construida con bloques vivos impresos en 3D que incorporan cianobacterias funcionales. La pieza incluye dos formas verticales similares a troncos de árbol, la mayor de ellas de tres metros de altura. Según los cálculos del equipo, cada una puede capturar hasta 18 kg de CO₂ al año, una cantidad similar a la que absorbería un pino maduro en una zona templada.
«La instalación es un experimento. Hemos adaptado el pabellón para proporcionar luz, humedad y temperatura suficientes para que las bacterias prosperen. Y las observamos a diario», comenta Ling. El compromiso con el proyecto incluye el mantenimiento in situ de los organismos vivos hasta el cierre de la exposición, el 23 de noviembre de este año.
Dafne’s Skin: la estética del metabolismo microbiano
Otra interpretación del concepto de materiales vivos se presentó en la Trienal de Milán con la instalación Dafne’s Skin, una colaboración entre el estudio MAEID y Dalia Dranseike.
En ella, una estructura cubierta con tejas de madera sirve de soporte a microorganismos que generan una pátina verde sobre la superficie, alterando su aspecto con el paso del tiempo. «Lo que tradicionalmente se considera una señal de degradación —el verdor de los materiales envejecidos— se convierte aquí en un elemento estético activo que captura CO₂ y celebra los procesos microbianos», señalan los creadores.
La propuesta es parte de la exposición We the Bacteria: Notes Toward Biotic Architecture, abierta hasta el 9 de noviembre, y representa una mirada provocadora al papel de los microorganismos como agentes arquitectónicos.
Las cámaras de incubación como las de la imagen permiten a las cianobacterias multiplicarse en estructuras recién impresas. Cortesía: Clayton Lee
Aplicaciones urbanas y arquitectónicas
El potencial de esta tecnología va más allá del arte. Tibbitt y su equipo ya están estudiando aplicaciones más funcionales, como es el caso de los recubrimientos para fachadas de edificios, pavimentos urbanos sostenibles y biorreactores modulares instalados en estructuras existentes.
«Queremos investigar cómo este material puede usarse como revestimiento en la envolvente de los edificios para capturar CO₂ durante todo su ciclo de vida», adelanta el investigador.
Una de las grandes ventajas del sistema es que funciona con recursos básicos: luz solar, agua y CO₂ atmosférico. No requiere condiciones extremas, ni compuestos tóxicos, ni infraestructuras complejas. Esto lo convierte en una herramienta ideal para captura de carbono descentralizada, especialmente en las ciudades.
El reto ahora está en escalar la producción y perfeccionar los métodos de monitorización y control. El equipo planea integrar sensores de oxígeno y aplicar modelos computacionales para entender mejor la tasa de fotosíntesis y optimizar el proceso de captura biológica de carbono. Además, consideran posible mejorar la eficiencia mediante selección genética o diseño de consorcios microbianos con tasas fotosintéticas superiores.
Un paso en la arquitectura biótica
Esta investigación forma parte de un movimiento más amplio hacia lo que algunos ya llaman arquitectura biótica: la integración activa de organismos vivos en los entornos construidos. Se trata de un cambio de paradigma que no solo busca hacer edificios más sostenibles, sino convertirlos en actores activos en la regeneración ambiental.
Con este trabajo, el ETH Zúrich se posiciona a la vanguardia de esta visión, al combinar ingeniería de materiales, microbiología, diseño digital y arquitectura sostenible para concebir nuevas formas de habitar el planeta.
Como afirma Tibbitt, «aún estamos lejos de ver estas tecnologías aplicadas de forma masiva, pero estamos convencidos de que pueden desempeñar un papel fundamental en el futuro de la construcción sostenible».
La idea ya no es futurista. Es el comienzo de una nueva era: la de los materiales vivos que respiran, crecen y cuidan del planeta.▪️
Preguntas frecuentes
❌ ¿Estos materiales necesitan mantenimiento?
Sí, aunque mínimo. Requieren luz y humedad constantes, pero no necesitan alimentación química ni infraestructura especializada.
❌ ¿Qué pasa si mueren las bacterias?
La biomasa deja de crecer, pero los minerales carbonatados formados permanecen, por lo que parte del CO₂ ya queda secuestrado de forma permanente.
❌ ¿Pueden usarse en climas extremos?
Se están investigando adaptaciones para diferentes climas, incluyendo el uso de otras cepas de bacterias extremófilas.
❌ ¿Tienen impacto estético?
Sí, su aspecto verde puede integrarse visualmente como parte de una estética biológica o naturalista en la arquitectura contemporánea.
Información facilitada por la ETH Zúrich
Fuente: Dranseike, D., Cui, Y., Ling, A.S. et al. Dual carbon sequestration with photosynthetic living materials. Nature Communications (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-58761-y
