Mycofluid: Hvordan 3D-printet svampe kan erstatte plastaffald

En gruppe kreative ingeniører fra University of Washington introducerede for nylig et plastalternativ, der bruger en blanding af brugte kaffebønner og 3D-printede mycelium biokompositter til at skabe indviklet, vandtæt emballage. Forskningen kan hjælpe med at reducere affald og give en bæredygtig løsning på nutidens plastproblemer. Her er alt, hvad du behøver at vide.

Plastaffald

Plastaffald er en stor bekymring der fortsat er et hovedfokus for miljøforkæmpere og forskere. Der er i øjeblikket millioner af tons plastaffald i verden og i havet. Det værste er, at studier forudsiger en årlig stigning i plastaffald i den overskuelige fremtid.
Når disse skadelige produkter nedbrydes, skaber de makroplast, som kommer ind i fødekæden og til sidst ind i dig. Mikroplast er ikke skadelige i små mængder. Men efterhånden som deres volumen stiger, øges også deres bivirkninger.

Bioprintning Løsninger

Begrebet ‘bioprintning’ refererer til additiv fremstilling ved brug af levende organismer. Denne 3D-printsektor fortsætter med at udvide sig på tværs af flere industrier. I fremtiden kunne bioprintere bruges til at hjælpe rumrejsende med at helbrede deres organer og andre vitale kropsdele. For nu kan de være nøglen til at reducere affald.

Detaljer om undersøgelsen

Ved at erkende behovet for levedygtige, bæredygtige plastalternativer offentliggjorde et team af ingeniører undersøgelsen “3D-Printede Mycelium Biokompositter: Metode til 3D-printning og dyrkning af svampebaserede kompositter i 3D-printning og additiv fremstilling.”¹ Undersøgelsen dykker ned i brugen af fødevareaffald, specifikt kaffebønner, for at skabe et ideelt miljø for svampevækst.

Kaffebønner blev valgt af flere vigtige grunde. For det første bliver milliarder af pund kaffebønner kasseret hvert år, da størstedelen af kaffen ikke absorberes under brygningsprocessen. Bemærkelsesværdigt, selvom kaffebønsaffald indeholder mange næringsstoffer, som svampe som svampe kan udnytte til vækst, er de ikke naturligt sterile trods en lav risiko for forurening. For at sikre sterilitet behandlede forskerne substratet med alkoholservietter og opretholdt rene håndteringsprotokoller for at forhindre uønsket mikrobiel vækst.

Huddannelse

Det første skridt, som svampe tager, når de vokser på et nyt materiale, er at danne en Mycelium-hud. Denne hud fungerer som et rotsystem, der binder svampene til overfladen og til hinanden.

Mycelium er fuldstændig biologisk nedbrydeligt og skader ikke miljøet. Imponerende nok vokser det hurtigt og giver betydelig vandbestandighed uden at vise tegn på deformation. Når den rette Mycelium var udvalgt, fandt ingeniørerne ud af, hvordan de kunne forme Mycelium til former.

Mycelium-hud er et levende materiale, som forskerne har bevist kan mærke både lys- og berøringsstimuli. Det har været brugt til at skabe elektriske komponenter og modulære arkitektoniske designs og har tidligere set forskning i selvvoksende robotter. Nu kan det hjælpe med at reducere plastaffald.

Mycofluid

Beslutningen blev truffet om at skabe en pasta kaldet mycofluid. Mycofluid-formuleringen består af:

• 54.9% brugte kaffebønner – som den primære genanvendte biomasse
• 13.7% brune rismel – som leverer kulhydrater til svampevækst
• 5.5% malet kornspawning – introducerer svampesporerne
• 1.1% xanthan gum – fungerer som en viskositetsmodifierer og bindemiddel
• 24.7% vand – opretholder fugtighed til myceliumudvikling

Den inokulerede blanding piskes sammen, indtil den er glat nok til at blive udstødt gennem en speciel 3D-printer ekstruder.

Formålsbyggede dyser

Ingeniører skabte en formålsbygget 3D-printerdyse, der integrerede en lag-ekstruderdyse designet specifikt til at håndtere den tykke pasta. Det nye 3D-printerhoved var specielt designet til at udnytte Jubilee 3D-printeren, som også blev skabt i UW’s Machine Agency-lab.
Det nye system inkluderede et opgraderet pasta-holdningssystem. Systemet kan holde en liter pasta og kan udvides til større anvendelser efter behov. Bemærkelsesværdigt blev lageret og dysen bygget til at håndtere forskellige materialetyper, hvilket afspejler ingeniørens mål om at levere flere løsninger på plastaffaldsproblemet.

Testfase

Det nye system blev testet ved at printe flere genstande, herunder en Moai-statue, emballagematerialer, tre dele af en vase og andre genstande. Nogle af genstandene, som f.eks. sommerfugle-kisten, bestod af flere dele, der blev samlet.

Ingeniørerne printede designene ved hjælp af en proprietær printer. Formerne blev derefter efterladt i et sterilt kammer i 10 dage. Denne tilgang gjorde det muligt for sporerne at danne stærkt mycelium. Efter ti dage blev objekterne fjernet, og deres holdbarhed blev testet.

Bemærkelsesværdigt, hvis genstandene havde forblevet længere i sterilisationskammeret, ville de fortsat have spiret til svampe. For at forhindre yderligere vækst blev de mycelium-dækkede dele fjernet og helt tørret.

Testresultater

Resultaterne af eksperimentet viste lovende tegn. For det første lykkedes det Mycelium at smelte separat printede dele sammen, hvilket demonstrerer, at emballagematerialet kan produceres i modulære sektioner og stadig opnå stærk strukturel integritet. Dette betyder, at emballagematerialet kan bruges til indviklede designs og kort-batch produktion. Testning viste, at mycelium-biokompositten udviste mekaniske egenskaber, der ligner udvidet polystyren-skum, som almindeligt anvendes i emballage. Selvom den ikke nødvendigvis er stærkere end Styrofoam, tilbyder den sammenlignelig holdbarhed, mens den er fuldstændig biologisk nedbrydelig. Ifølge forskningsdokumentation viste den en densitet, der var lig højkvalitets pap.

Vandbestandighed

Forskere udførte en 24-timers vandabsorptions-test, hvor de sammenlignede koloniserede og ikke-koloniserede mycelium-biokompositter. De koloniserede prøver viste kun 7% absorption, bevarede deres form og strukturelle integritet, mens de ikke-koloniserede kaffe-baserede kompositter fuldstændigt opløstes i vand.
Den tilbød også lovende niveauer af holdbarhed, mens den er fuldstændig biologisk nedbrydelig. Derudover kan den formes lettere og med færre omkostninger.

Potentielle markedsfordele

Denne forskning bringer mange fordele til markedet. For det første er der et stort behov for at finde plastalternativer. Forureningen forårsaget af dette affald har nået farlige niveauer. For at forhindre skader på økosystemer, der er uoprettelige, er der brug for en løsning. Dette alternativ til plast er miljømæssigt sikkert og overkommeligt.
Derudover giver det mere end blot et alternativ til plast. Forskere søger at udvide denne teknologi til også at skabe alternativer til styrofoam. Sammen kan disse emballagematerialer hjælpe med at reducere global forurening og inspirere yderligere former for bæredygtighed.

Komplekse designs

En af de største fordele ved denne type emballage er dens fleksibilitet. Mycelium smelter separat printede dele sammen, hvilket skaber en holdbar emballage, der kan modstå stød og fugt. Derudover kan den understøtte komplekse og tilpassede engangsbehov uden at skulle udvide produktionsprocesserne.

Småbatchproduktion

3D-printprocessen for mycelium-biokompositter er velegnet til skræddersyet, småbatch-produktion, især til emballage af skrøbelige eller unikt formede genstande. I modsætning til traditionelle formstøbte myceliumprodukter gør denne metode det muligt for virksomheder at producere skræddersyede designs uden behov for forme.

Udfordringer der skal overvindes

Der er flere udfordringer, som ingeniørerne stadig skal tackle, for at deres nye emballagemetode kan blive en mainstream-løsning. For det første kræver den grundlæggende sterilisering af fødevareaffald for at understøtte væksten af mycelium, der bruges til at skabe Mycofluid. Dette krav vil begrænse stor-skala brug af metoden.
Men når forskerne udvider materialet til at omfatte alle typer fødevareaffald, håber de at finde en løsning, der både er let tilgængelig og skal fjernes fra miljøet. Kombinationen af disse krav sikrer, at dette alternativ ikke skaber mere affald, mens det hjælper med at løse plastproblemet.

Virksomheder der leder bioprintning markedet

Bioprintningssektoren fortsætter med at udvide sig, efterhånden som flere materialer og printmetoder dukker op. Nutidens bioprintere kan skabe hele huse ved brug af jord og andre materialer.
Derudover kan nogle bioprintere skabe menneskelige organer og andre vitale behandlinger for at redde liv. Disse enheder udvider fortsat deres kapaciteter og anvendelsesscenarier. Her er en virksomhed, der har opbygget et ry for innovative løsninger inden for bioprintningssektoren.

United Therapeutics

United Therapeutics (UTHR ) gik ind på markedet i 1996. Dens grundlægger, Martine Rothblatt, er en velkendt entreprenør, der startede flere virksomheder, herunder SiriusXM. Bemærkelsesværdigt blev virksomheden dannet efter hans datter blev terminalt syg.

År senere er United Therapeutics en leder inden for behandling af lungesygdomme og organfremstilling. For nylig gik virksomheden ind i bioprintningsarenaen med opkøbet af Miromatrix.

United Therapeutics kunne let drage fordel af en stigning i efterspørgslen inden for bioprintningssektoren på grund af nye anvendelser som emballagekrav. Virksomheden tilbyder allerede anerkendte bioprintningsprodukter og betragtes som en brancheleder. Som sådan bør dem, der søger en etableret bioprintningsaktie, foretage yderligere research om UTHR.

3D-Printede Mycelium Biokompositter – Uendelige muligheder

Konceptet med at udnytte materialer som kaffeaffald og svampe til at skabe holdbar emballage fortjener ros. Dette koncept, selvom det stadig er i sine spæde faser, kan en dag føre til organiske emballagematerialer. Menneskeheden har brug for plastalternativer, og det kan vise sig, at mere end én løsning er svaret. Som sådan kan denne forskning betragtes som et værdifuldt stykke af puslespillet.

Lær om andre seje Additive Manufacturing-projekter nu.

Studierreference:

^{1. Luo, D., Yang, J., & Peek, N. (2025). 3D-Printed Mycelium Biocomposites: Metode til 3D-printning og dyrkning af svampebaserede kompositter. 3D-printning og additiv fremstilling. https://doi.org/10.1089/3dp.2023.0342}