Mycofluid: Wie 3D-gedruckte Pilze Plastikabfall ersetzen könnten

Eine Gruppe kreativer Ingenieure der University of Washington hat kürzlich eine Kunststoffalternative vorgestellt, die eine Mischung aus gebrauchten Kaffeemehl und 3D-gedruckten Myzel-Biokompositen verwendet, um komplexe, wasserbeständige Verpackungen zu erzeugen. Die Forschung könnte dazu beitragen, Abfall zu reduzieren und eine nachhaltige Lösung für die heutigen Kunststoffprobleme zu bieten. Hier ist alles, was Sie wissen müssen.

Plastikabfall

Plastikabfall ist ein großes Problem, das nach wie vor im Fokus von Umweltschützern und Forschern steht. Derzeit gibt es weltweit und in den Ozeanen Millionen Tonnen Plastikabfall. Schlimmer noch sagen Studien für die absehbare Zukunft einen jährlichen Anstieg des Plastikabfalls voraus.

Wenn diese schädlichen Produkte zerfallen, entstehen Makroplastikpartikel, die in die Nahrungskette gelangen und schließlich bei Ihnen enden. Mikroplastik ist in kleinen Mengen nicht schädlich. Steigt jedoch ihr Volumen, nehmen auch die Nebenwirkungen zu.

Biodruck-Lösungen

Der Begriff ‘Bioprinting’ bezieht sich auf die additive Fertigung mit lebenden Organismen. Dieser 3D‑Drucksektor expandiert weiterhin über zahlreiche Branchen hinweg. In Zukunft könnten Biodrucker Raumfahrern helfen, ihre Organe und andere lebenswichtige Körperteile zu heilen. Für den Moment könnten sie der Schlüssel zur Abfallreduzierung sein.

Details der Studie

In Anerkennung des Bedarfs an praktikablen, nachhaltigen Kunststoffalternativen veröffentlichte ein Ingenieurteam die Studie „3D-gedruckte Myzel-Biokomposite: Methode für 3D‑Druck und das Wachstum von pilzbasierten Kompositen.“¹ Die Studie untersucht die Nutzung von Lebensmittelabfällen, insbesondere Kaffeemehl, um einen idealen Nährboden für das Wachstum von Pilzen zu schaffen.

Quelle – University of Washington

Kaffeemehl wurde aus mehreren wichtigen Gründen ausgewählt. Erstens werden jedes Jahr Milliarden Pfund Kaffeemehl weggeworfen, da der Großteil des Kaffees beim Brühen nicht aufgenommen wird. Bemerkenswert ist, dass Kaffeemehlabfälle viele Nährstoffe enthalten, die Pilze wie Champignons zum Wachstum nutzen können, sie jedoch nicht von Natur aus steril sind, obwohl das Kontaminationsrisiko gering ist. Um Sterilität zu gewährleisten, behandelten die Forscher das Substrat mit Alkoholtüchern und hielten saubere Handhabungsprotokolle ein, um unerwünschtes mikrobielles Wachstum zu verhindern.

Hautbildung

Der erste Schritt, den Pilze beim Wachsen auf einem neuen Material unternehmen, ist die Bildung einer Myzelhaut. Diese Haut funktioniert wie ein Wurzelsystem und bindet die Pilze an die Oberfläche und untereinander.

Myzel ist vollständig biologisch abbaubar und schadet der Umwelt nicht. Beeindruckend wächst es schnell und bietet erhebliche Wasserbeständigkeit, ohne Anzeichen von Verformung zu zeigen. Sobald das geeignete Myzel ausgewählt war, fanden die Ingenieure heraus, wie man das Myzel zu Formen verarbeiten kann.

Myzelhaut ist ein lebendes Material, von dem Forscher nachgewiesen haben, dass es sowohl Licht- als auch Berührungsreize wahrnehmen kann. Es wurde verwendet, um elektrische Komponenten und modulare architektonische Designs zu erstellen, und es gibt Forschungen zu selbstwachenden Robotern. Jetzt könnte es helfen, Plastikabfall zu reduzieren.

Mycofluid

Es wurde beschlossen, eine Paste namens Mycofluid herzustellen. Die Mycofluid-Formulierung besteht aus:

• 54,9 % gebrauchte Kaffeemehl – dient als primäre recycelte Biomasse
• 13,7 % brauner Reismehl – liefert Kohlenhydrate für das Pilzwachstum
• 5,5 % gemahlene Getreidesporen – führt die Pilzsporen ein
• 1,1 % Xanthan‑Gummi – wirkt als Viskositätsmodifikator und Bindemittel
• 24,7 % Wasser – hält die Feuchtigkeit für die Myzelentwicklung

Die inokulierte Mischung wird so lange aufgeschlagen, bis sie glatt genug ist, um durch einen speziellen 3D‑Druck‑Extruder ausgeworfen zu werden.

Spezialgefertigte Düsen

Ingenieure entwickelten eine speziell angefertigte 3D‑Druckdüse, die eine Schicht‑Extruderdüse integrierte, die speziell für die Verarbeitung der dicken Paste konzipiert ist. Der neue 3D‑Druckkopf wurde eigens entwickelt, um den Jubilee‑3D‑Drucker zu nutzen, der ebenfalls im Machine‑Agency‑Labor der UW erstellt wurde.

Das neue System enthielt ein verbessertes Paste‑Speichersystem. Dieses System kann einen Liter Paste aufnehmen und bei Bedarf für größere Anwendungen erweitert werden. Besonders bemerkenswert ist, dass Lagerung und Düse so gebaut wurden, dass sie verschiedene Materialarten verarbeiten können, was das Ziel der Ingenieure widerspiegelt, mehrere Lösungen für das Plastikabfallproblem bereitzustellen.

Testphase

Das neue System wurde getestet, indem mehrere Gegenstände gedruckt wurden, darunter eine Moai-Statue, Verpackungsmaterialien, drei Teile einer Vase und weitere Objekte. Einige der Gegenstände, wie der Schmetterlingssarg, bestanden aus mehreren miteinander verbundenen Teilen.

Die Ingenieure druckten die Entwürfe mit einem proprietären Drucker. Die Formen wurden anschließend für 10 Tage in einer sterilen Kammer belassen. Dieser Ansatz ermöglichte es den Sporen, ein starkes Myzel zu bilden. Nach zehn Tagen wurden die Objekte entfernt und ihre Haltbarkeit getestet.

Bemerkenswert ist, dass die Gegenstände, wenn sie länger in der Sterilisationskammer geblieben wären, weiter zu Pilzen ausgetrieben hätten. Um weiteres Wachstum zu verhindern, wurden die myzelbedeckten Teile entfernt und vollständig getrocknet.

Testergebnisse

Die Ergebnisse des Experiments zeigten vielversprechend. Zum einen verschmolz das Myzel erfolgreich separat gedruckte Teile miteinander, was demonstriert, dass das Verpackungsmaterial in modularen Abschnitten hergestellt werden kann und dennoch eine hohe strukturelle Integrität aufweist. Das bedeutet, dass das Verpackungsmaterial für komplexe Designs und Kurzserienfertigung verwendet werden kann. Tests zeigten, dass das Myzel‑Biokomposit mechanische Eigenschaften ähnlich denen von expandiertem Polystyrolschaum aufweist, der häufig für Verpackungen verwendet wird. Obwohl es nicht unbedingt stärker als Styropor ist, bietet es vergleichbare Haltbarkeit und ist vollständig biologisch abbaubar. Laut Forschungsdokumentation zeigte es eine Dichte, die der von hochwertigem Karton entspricht.

Wasserbeständigkeit

Forscher führten einen 24‑Stunden‑Wasseraufnahme‑Test durch, bei dem besiedelte und unbesiedelte Myzel‑Biokomposite verglichen wurden. Die besiedelten Proben zeigten nur 7 % Aufnahme und behielten ihre Form und strukturelle Integrität bei, während unbesiedelte, kaffeebasierte Composite vollständig im Wasser zerfielen.

Sie bot zudem vielversprechende Haltbarkeitswerte und ist vollständig biologisch abbaubar. Außerdem lässt sie sich leichter und kostengünstiger formen.

Potenzielle Marktvorteile

Diese Forschung bringt zahlreiche Vorteile für den Markt. Erstens besteht ein großer Bedarf an Kunststoffalternativen. Die durch diesen Abfall verursachte Verschmutzung hat gefährliche Ausmaße erreicht. Um die Zerstörung von Ökosystemen, die nicht mehr reparierbar sind, zu verhindern, muss eine Lösung gefunden werden. Diese Alternative zu Kunststoffen ist umweltfreundlich und erschwinglich.

Zudem bietet sie mehr als nur eine Alternative zu Plastik. Forscher streben an, diese Technologie auch zur Schaffung von Styropor‑Alternativen zu erweitern. Zusammen könnten diese Verpackungsmaterialien dazu beitragen, die globale Verschmutzung zu reduzieren und weitere Formen der Nachhaltigkeit zu inspirieren.

Komplexe Designs

Einer der Hauptvorteile dieser Verpackungsart ist ihre Flexibilität. Das Myzel verschmilzt separat gedruckte Teile zu einer robusten Verpackung, die Stößen und Feuchtigkeit standhält. Darüber hinaus kann es komplexe und maßgeschneiderte Einmalanforderungen unterstützen, ohne dass die Fertigungsprozesse erweitert werden müssen.

Kleinserienfertigung

Der 3D‑Druckprozess für Myzel‑Biokomposite eignet sich hervorragend für kundenspezifische Kleinserienproduktion, insbesondere für die Verpackung zerbrechlicher oder einzigartig geformter Gegenstände. Im Gegensatz zu herkömmlichen geformten Myzelprodukten ermöglicht dieses Verfahren Unternehmen, passgenaue Designs ohne den Einsatz von Formen herzustellen.

Hindernisse zu überwinden

Es gibt mehrere Hürden, die die Ingenieure noch bewältigen müssen, damit ihre neue Verpackungsmethode zu einer Mainstream‑Lösung wird. Erstens erfordert sie eine grundlegende Sterilisation von Lebensmittelabfällen, um das Wachstum des Myzels zu unterstützen, das zur Herstellung des Mycofluids verwendet wird. Diese Anforderung wird die großflächige Anwendung dieser Methode einschränken.

Wenn Forscher das Material jedoch erweitern, um alle Arten von Lebensmittelabfällen einzubeziehen, hoffen sie, eine Lösung zu finden, die sowohl leicht verfügbar als auch aus der Umwelt zu entfernen ist. Die Kombination dieser Anforderungen stellt sicher, dass diese Alternative keinen zusätzlichen Abfall erzeugt und gleichzeitig hilft, das Plastikproblem zu lösen.

Unternehmen, die den Biodruckmarkt anführen

Der Biodrucksektor expandiert weiter, da immer mehr Materialien und Druckverfahren entstehen. Heutige Biodrucker können ganze Häuser aus Erde und anderen Materialien erstellen.

Zusätzlich können einige Biodrucker menschliche Organe und andere lebenswichtige Behandlungen erzeugen, um Leben zu retten. Diese Geräte erweitern kontinuierlich ihre Fähigkeiten und Anwendungsbereiche. Hier ist ein Unternehmen, das sich einen Ruf für innovative Lösungen im Biodrucksektor erarbeitet hat.

United Therapeutics

United Therapeutics (UTHR ) trat 1996 in den Markt ein. Sein Gründer, Martine Rothblatt, ist ein bekannter Unternehmer, der mehrere Firmen gegründet hat, darunter SiriusXM. Bemerkenswert ist, dass das Unternehmen gegründet wurde, nachdem seine Tochter unheilbar erkrankt war.

Jahre später ist United Therapeutics ein führendes Unternehmen in der Behandlung von Lungenerkrankungen und der Herstellung von Organen. Kürzlich ist das Unternehmen mit der Übernahme von Miromatrix in den Biodruckbereich eingestiegen.

United Therapeutics könnte leicht von einer steigenden Nachfrage im Biodrucksektor profitieren, da neue Anwendungen wie Verpackungsanforderungen entstehen. Das Unternehmen bietet bereits renommierte Biodruckprodukte an und gilt als Branchenführer. Daher sollten Interessierte, die nach einer etablierten Biodruck‑Aktie suchen, weitere Recherchen zu UTHR anstellen.

3D-gedruckte Myzel-Biokomposite – endlose Möglichkeiten

Das Konzept, Materialien wie Kaffeeverbrauch und Pilze zu nutzen, um langlebige Verpackungen zu schaffen, verdient Anerkennung. Dieses Konzept befindet sich zwar noch in den Anfängen, könnte eines Tages zu organischen Verpackungsmaterialien führen. Die Menschheit benötigt Kunststoffalternativen, und es könnte sich herausstellen, dass mehr als eine Lösung die Antwort ist. Daher kann diese Forschung als ein wertvolles Puzzleteil betrachtet werden.

Erfahren Sie jetzt mehr über andere coole Additive‑Manufacturing‑Projekte jetzt.

Studienreferenz:

^{1. Luo, D., Yang, J., & Peek, N. (2025). 3D-gedruckte Myzel-Biokomposite: Methode für 3D‑Druck und das Wachstum von pilzbasierten Kompositen. 3D Printing and Additive Manufacturing. https://doi.org/10.1089/3dp.2023.0342}