Wissenschaftler stricken futuristisches Öko

14. Juli 2023

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von Frontiers

Wissenschaftler, die hoffen, die Umweltauswirkungen der Bauindustrie zu verringern, haben eine Möglichkeit entwickelt, Baumaterialien mithilfe gestrickter Formen und des Wurzelnetzwerks von Pilzen zu züchten. Obwohl Forscher schon früher mit ähnlichen Verbundwerkstoffen experimentiert haben, erschweren die Form- und Wachstumsbeschränkungen des organischen Materials die Entwicklung vielfältiger Anwendungen, die sein Potenzial ausschöpfen.

Mithilfe der gestrickten Formen als flexibles Gerüst oder „Schalung“ schufen die Wissenschaftler einen Verbundwerkstoff namens „Mycocrete“, der stärker und vielseitiger in Form und Form ist und es den Wissenschaftlern ermöglicht, leichte und relativ umweltfreundliche Baumaterialien zu züchten.

„Unser Ziel ist es, das Aussehen, die Haptik und das Wohlbefinden architektonischer Räume zu verändern, indem wir Myzel in Kombination mit biobasierten Materialien wie Wolle, Sägemehl und Zellulose verwenden“, sagte Dr. Jane Scott von der Newcastle University, korrespondierende Autorin des Artikels Grenzen in Bioingenieurwesen und Biotechnologie. Die Forschung wurde von einem Team aus Designern, Ingenieuren und Wissenschaftlern der Living Textiles Research Group durchgeführt, die zum Hub for Biotechnology in the Built Environment an der Newcastle University gehört.

Um Verbundwerkstoffe aus Myzel, einem Teil des Wurzelnetzwerks von Pilzen, herzustellen, mischen Wissenschaftler Myzelsporen mit Körnern, von denen sie sich ernähren können, und Material, auf dem sie wachsen können. Diese Mischung wird in eine Form gepackt und in eine dunkle, feuchte und warme Umgebung gestellt, damit das Myzel wachsen und das Substrat fest zusammenbinden kann.

Sobald es die richtige Dichte erreicht hat, aber bevor es beginnt, die Fruchtkörper zu produzieren, die wir Pilze nennen, wird es ausgetrocknet. Dieses Verfahren könnte einen kostengünstigen und nachhaltigen Ersatz für Schaumstoff, Holz und Kunststoff darstellen. Allerdings benötigt Myzel Sauerstoff zum Wachstum, was die Größe und Form herkömmlicher starrer Formen einschränkt und aktuelle Anwendungen einschränkt.

Gestrickte Textilien bieten eine mögliche Lösung: sauerstoffdurchlässige Formen, die sich mit dem Wachstum des Myzels von flexibel zu steif verändern können. Aber Textilien können zu nachgiebig sein und es ist schwierig, die Formen gleichmäßig zu füllen. Scott und ihre Kollegen machten sich daran, eine Myzelmischung und ein Produktionssystem zu entwickeln, das das Potenzial gestrickter Formen ausschöpfen könnte.

„Stricken ist ein unglaublich vielseitiges 3D-Fertigungssystem“, sagte Scott. „Es ist leicht, flexibel und formbar. Der große Vorteil der Stricktechnologie im Vergleich zu anderen Textilverfahren ist die Möglichkeit, 3D-Strukturen und Formen ohne Nähte und ohne Abfall zu stricken.“

Als Kontrollen bereiteten die Wissenschaftler Proben aus herkömmlichem Myzel-Komposit vor und züchteten sie zusammen mit Mykobeton-Proben, die auch Papierpulver, Papierfaserklumpen, Wasser, Glycerin und Xanthangummi enthielten. Diese Paste sollte mit einer Injektionspistole in die gestrickte Schalung eingebracht werden, um die Packungskonsistenz zu verbessern: Die Paste musste flüssig genug für das Abgabesystem sein, aber nicht so flüssig, dass sie ihre Form nicht beibehielt.

Röhren für ihre geplante Teststruktur wurden aus Merinogarn gestrickt, sterilisiert und an einer starren Struktur befestigt, während sie mit der Paste gefüllt wurden, sodass Spannungsänderungen des Gewebes die Leistung des Mykobetons nicht beeinträchtigen würden.

Nach dem Trocknen wurden die Proben Festigkeitstests auf Zug, Druck und Biegung unterzogen. Die Mykobetonproben erwiesen sich als stärker als die herkömmlichen Myzelverbundproben und übertrafen Myzelverbundproben, die ohne gestrickte Schalung gewachsen waren. Darüber hinaus sorgte das poröse Gestrick der Schalung für eine bessere Sauerstoffverfügbarkeit, und die darin gewachsenen Proben schrumpften beim Trocknen weniger als die meisten Myzel-Verbundmaterialien, was darauf hindeutet, dass vorhersehbarere und konsistentere Herstellungsergebnisse erzielt werden konnten.

Dank der flexiblen Strickform war das Team auch in der Lage, eine größere Proof-of-Concept-Prototypstruktur namens BioKnit zu bauen – eine komplexe freistehende Kuppel, die aus einem einzigen Stück ohne Verbindungen besteht, die sich als Schwachstellen erweisen könnten.

„Die mechanische Leistung des Mykobetons, der in Kombination mit der verlorenen Strickschalung verwendet wird, ist ein bedeutendes Ergebnis und ein Schritt in Richtung der Verwendung von Myzel und textilen Biohybriden im Bauwesen“, sagte Scott. „In diesem Artikel haben wir bestimmte Garne, Substrate und Myzelien spezifiziert, die zum Erreichen eines bestimmten Ziels erforderlich sind. Es gibt jedoch umfangreiche Möglichkeiten, diese Formulierung für verschiedene Anwendungen anzupassen. Biofabrizierte Architektur erfordert möglicherweise neue Maschinentechnologie, um Textilien in den Bausektor zu bringen.“ "

Mehr Informationen: Romy Kaiser et al., BioKnit: Entwicklung einer Myzelpaste zur Verwendung mit dauerhaften Textilschalungen, Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (2023). DOI: 10.3389/fbioe.2023.1229693

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