Sterk en milieuvriendelijk bouwmateriaal van mycelium en breiwerk

Wetenschappers hebben een nieuw bouwmateriaal bedacht op basis van mycelium, het dradennetwerk van schimmels: mycocrete. Gecombineerd met computer-geprogrammeerd breiwerk levert dit een redelijk sterk materiaal op dat in de meest complexe vormen kan worden gebruikt.

 

Op zoek naar materialen die veel minder CO₂-uitstoot veroorzaken denkt de bouwsector (althans een klein deel ervan) ook na over mycelium. Dit natuurlijke materiaal bestaat uit het dradennetwerk dat ontspruit aan de sporen van schimmels.

Mycelium zou als bouwmateriaal niet alleen minder broeikasgas veroorzaken, het legt zelfs CO₂ vast terwijl het groeit. Tot nu toe zijn de bouwtoepassingen van het schimmelmateriaal beperkt tot isolatiemateriaal en tot akoestische panelen. Maar de hoop is dat mycelium op termijn veel breder kan worden ingezet.
 

Kleine doorbraak

Onderzoekers van Newcastle University in het Verenigd Koninkrijk melden nu een kleine doorbraak in dit veld. Ze hebben een bouwmethode bedacht die hoopgevende resultaten geeft. Details beschrijven ze vandaag in een groot artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (gratis toegankelijk).

Ze ontwikkelden 'mycocrete', een pasta gemaakt van mycelium. Door dit te injecteren in een 3D-structuur van gebreid textiel ontstaat een composietmateriaal dat sterker en veelzijdiger is dan eerdere biomaterialen gemaakt van schimmels. Uiteindelijk, zo hopen de onderzoekers, kan dit materiaal worden gebruikt voor de bouw van lichtgewicht gebouwen met een lage impact op het milieu.
 

Bio-based materialen

‘Het is onze ambitie om het uiterlijk, het gevoel en het welzijn van mensen in ruimten van gebouwen te transformeren door het gebruik van mycelium in combinatie met bio-based materialen zoals wol, zaagsel en cellulose’, zegt Jane Scott van Newcastle University in een persbericht.

Zij leidt de onderzoeksgroep van ontwerpers, ingenieurs en wetenschappers binnen de living textiles research group, onderdeel van Newcastle University.
 

Zuurstof nodig

De Britten denken een oplossing te hebben gevonden voor een bekend probleem van mycelium: als je er bouwblokken van wil maken kun je maar tot een bepaalde dikte gaan. De myceliumdraden groeien binnen een mal namelijk in een mengsel van voedingsstoffen, maar daarbij hebben ze ook zuurstof nodig. Wordt een structuur te dik, dan kan er geen zuurstof meer bij het mycelium komen.

Dat denken de onderzoekers op te lossen met hun aanpak: gebreid textiel in een zuurstofdoorlatende mal, waarbij het materiaal met de groei van het mycelium verandert van flexibel naar stijf.

‘Breien is een ongelooflijk veelzijdig 3D-productiesysteem’, zegt Scott. ‘Het is lichtgewicht, flexibel en naar wens te vormen. Het grote voordeel van breitechnologie ten opzichte van andere processen met textiel is de mogelijkheid om 3D-structuren en vormen te breien zonder naden en zonder afval.’
 

 

Uitdaging

Heel eenvoudig uitvoerbaar lijkt dit proces niet. Het idee is om de mycocrete-pasta te injecteren in het raamwerk van textiel, waarna het mycelium op die plek kan beginnen te groeien. De uitdaging daarbij is dat de pasta vloeibaar genoeg moet zijn om met een spuitpistool te worden verwerkt, maar stijf genoeg om op zijn plek tussen het textiel te blijven zitten.

Om hiervoor de juiste consistentie te bereiken, mengden de onderzoekers de mycocrete-pasta (zelf al een mengsel van schimmelsporen en zaagsel) met papierpoeder, papiervezels, water, glycerine en xanthaangom.

De teststructuren bestonden uit buizen gebreid van merinogaren, dat eerst was gesteriliseerd en bevestigd aan een stijve structuur terwijl ze werden gevuld met de pasta. Het steriliseren is nodig om te voorkomen dat het groeiproces van het mycelium wordt verstoord door ongewenste micro-organismen.
 

Proefstukken bleken sterker

Op deze manier werden verschillende proefstukken geproduceerd, die na drogen werden getest op treksterkte, druksterkte en buigsterkte. Deze resultaten waren positief: de proefstukken bleken sterker te zijn dan vergelijkbare proefstukken zonder gebreid raamwerk. Ook zorgde de poreuze gebreide structuur voor een betere doorlaatbaarheid van zuurstof.

En ten slotte krompen de nieuwe proefstukken bij drogen minder dan bestaande mycelium-materialen dat doen. Dit suggereert, schrijven de onderzoekers, dat hun productieproces consistenter en beter voorspelbaar zal zijn dan bestaande maakmethoden.
 

Koepel

Als demonstratie maakten de onderzoekers een koepel van twee meter breed en 1 meter 80 hoog met hun BioKnit-methode. Het is een complex gevormde, vrijstaande koepel uit één stuk, zonder verbindingen die zwakke punten zouden kunnen vormen.

‘De eerste toepassingen van de BioKnit-technologie zullen we gaan vinden in de niet-dragende onderdelen van gebouwen, dus bijvoorbeeld voor isolatie en interne bekleding’, zegt Scott. 'Maar de mogelijkheid om nieuwe geometrieën, gebogen oppervlakken en organische vormen te produceren, is zeer aantrekkelijk voor toekomstige interieurs. BioKnit is niet bedoeld als alternatief voor constructiebeton, maar heeft het potentieel om andere milieubelastende materialen te vervangen, zoals gipsplaat en lichtgewicht betonblokken die worden gebruikt als opvulling binnen een skeletstructuur.'
 

'Goede basis'

Helemaal klaar voor ingebruikname door de industrie is de nieuwe maaktechniek nog niet. ‘Er is nog werk te doen voordat we een industrieel proces hebben’, geeft Scott toe. ‘Maar het industriële breien is een geweldige, robuuste technologie en door dit maakproces aan te passen voor biotechnologie verwachten we een goede basis te leggen voor een industrieel proces.’ 

 

Update 17 juli 2023
Jane Scott heeft nog antwoorden gemaild op onze vragen en op basis daarvan is het artikel uitgebreid.

 

Openingsbeeld: Het BioKnit-prototype laat zien wat er mogelijk is rond lichtgewicht 3D-constructies gemaakt van het nieuwe materiaal mycocrete, een pasta voor in myceliumcomposieten. Foto: Hub for Biotechnology in the Built Environment.