Batteri capaci di legare tra loro granelli di sabbia per formare un materiale solido: il fenomeno è noto da tempo. Karen Antorveza Paez, che ha appena concluso il dottorato presso il Dipartimento di architettura del PF di Zurigo, lo sfrutta per realizzare elementi architettonici dalle forme libere combinando biomineralizzazione, stampa 3D e robotica, secondo un articolo di ETH News pubblicato il 14 ottobre 2026.

Una «colla minerale» prodotta dai batteri

Il punto di partenza è una constatazione: la produzione di cemento figura tra le maggiori fonti di emissioni di CO2 del settore edile. Invece di cuocere rocce a oltre 1000 °C, la ricercatrice fa lavorare i batteri. «Utilizziamo i batteri per produrre una sorta di colla minerale» (tradotto dall'inglese), spiega.

Il procedimento si chiama precipitazione di calcite indotta per via microbiologica (MICP), o più semplicemente biocementazione. Combinati con sabbia o con altri granuli solidi, alcuni batteri provocano la formazione di carbonato di calcio, il minerale che costituisce il calcare. Minuscoli cristalli di calcite si formano tra i granelli e si incastrano gli uni negli altri: non si tratta di una colla in senso classico, ma di una rete di cristalli che trattiene meccanicamente le particelle.

Il metodo in sé non ha nulla di nuovo. La specie utilizzata, Sporosarcina pasteurii, è studiata da molti anni, per esempio per stabilizzare terreni sciolti, ed è servita nella ricerca sul cosiddetto calcestruzzo «autoriparante», in cui spore batteriche fanno richiudere le fessure. Il contributo della ricercatrice consiste nel modo di controllare il processo per farne un materiale architettonico a tutti gli effetti, riunendo due ambiti rimasti in gran parte separati: la biocementazione e la fabbricazione digitale.

Primo metodo: stampare, poi immergere in un bagno

Per la stampa 3D di biocemento, il team ha messo a punto un «bio-inchiostro» composto da un gel a base di acqua, alginato e xantano, sabbia e batteri vivi. L'oggetto viene poi immerso in un bagno di urea e cloruro di calcio. I batteri scompongono l'urea grazie a un enzima, l'ureasi, liberando ioni carbonato e, come sottoprodotto, ammonio. Il carbonato e il cloruro di calcio della soluzione si combinano per formare carbonato di calcio, là dove si trovano i batteri nell'oggetto stampato.

L'intero processo richiede da due a cinque giorni a seconda della resistenza desiderata, con un bagno di mineralizzazione rinnovato ogni giorno affinché ai batteri non manchino le sostanze necessarie. L'oggetto viene poi lasciato asciugare; la struttura è allora mineralizzata e i batteri non sono più attivi. Non viene utilizzata alcuna fonte di calore. «È un po' come cuocere una torta» (tradotto dall'inglese), riassume la ricercatrice: i batteri vi svolgono il ruolo del forno. In questo modo è stato realizzato in particolare un elemento di facciata; questo tipo di elemento può servire per esempio da protezione solare o da parete divisoria.

Secondo metodo: un braccio robotico che costruisce a strati

Il secondo approccio elimina il bagno di immersione. Un braccio robotico applica ripetutamente, uno dopo l'altro, i batteri, le sostanze di mineralizzazione e la sabbia su una superficie, che fa crescere in altezza strato dopo strato. Il procedimento si ispira alle stromatoliti, formazioni sedimentarie stratificate che si formano in natura quando i microrganismi depositano minerali su lunghi periodi. Alla Biennale di architettura di Venezia 2025 ha funzionato ininterrottamente per sei mesi. «Abbiamo dimostrato che l'intero processo di biocementazione può essere automatizzato» (tradotto dall'inglese), afferma Karen Antorveza Paez.

I due metodi sono complementari: la stampa è pensata piuttosto per elementi architettonici, la proiezione piuttosto per superfici. Non si trovano tuttavia allo stesso stadio. Secondo la ricercatrice, il procedimento di proiezione richiede ancora molta più ricerca sulle sue proprietà meccaniche, in particolare sulla disposizione dei granelli e del legante all'interno dell'oggetto.

I limiti: ammonio, resistenza, durabilità

Il primo punto debole è ambientale. L'ammonio prodotto durante la reazione è molto nocivo per l'ambiente, e la ricercatrice sta attualmente lavorando a uno studio dedicato all'impatto ambientale della biocementazione. «Se non integriamo lo smaltimento di questo sottoprodotto chimico nelle nostre progettazioni, allora utilizzare il biocemento nell'edilizia purtroppo non sarà una pratica così sostenibile» (tradotto dall'inglese), avverte.

Il secondo riguarda le prestazioni. Allo stato attuale, riconosce, il biocemento somiglia più a una malta che a un calcestruzzo. La formula del calcestruzzo, che stabilisce la combinazione e le proporzioni dei granuli di ciascuna dimensione, viene affinata da oltre un secolo; per la biocementazione, questo lavoro è appena iniziato. Si sa che i batteri possono in linea di principio essere combinati con determinate granulometrie, ma la ricerca non ha ancora stabilito come ricavarne un materiale durevole e il più stabile possibile. «La grande domanda non è più se il biocemento funzioni, ma in che misura si possano controllare le sue proprietà» (tradotto dall'inglese), conclude.

Ciò che è accertato, ciò che resta da dimostrare

Dimostrato: la fabbricazione di oggetti stampati in biocemento, tra cui un elemento di facciata, e, secondo la ricercatrice, l'automazione completa del processo mediante proiezione robotizzata. Ancora da confermare: l'interesse della biocementazione come alternativa meno energivora rispetto al cemento, giudicata promettente ma il cui bilancio dipende anche dal trattamento dell'ammonio. Prospettiva: elementi portanti, ancora lontani.

I lavori sono stati pubblicati nel 2026 in tre riviste: NPJ Materials Sustainability (stampa 3D di biocemento), Architectural Intelligence (proiezione robotizzata di biocemento) e Biotechnology Design (progettazione di geometrie porose stampate). Benjamin Dillenburger e André R. Studart figurano tra i coautori.

Fonti