Mycofluid: Hoe 3D-geprinte schimmels plastic afval kunnen vervangen

Een groep creatieve ingenieurs van de University of Washington heeft onlangs een alternatief voor plastic geïntroduceerd dat een mengsel van gebruikte koffiedik en 3D-geprinte mycelium biocomposieten gebruikt om ingewikkelde, waterbestendige verpakkingen te creëren. Het onderzoek kan helpen afval te verminderen en een duurzame oplossing bieden voor de huidige plasticproblemen. Hier is alles wat je moet weten.

Plasticafval

Plasticafval is een groot probleem die zowel voor milieuactivisten als onderzoekers een belangrijk aandachtspunt blijft. Er zijn momenteel miljoenen ton plastic afval in de wereld en in de oceaan. Het ergste is dat studies een jaarlijkse toename van plastic afval voorspellen voor de nabije toekomst.

Naarmate deze schadelijke producten afbreken, vormen ze macroplastics die hun weg vinden in de voedselketen en uiteindelijk bij jou terechtkomen. Microplastics zijn niet schadelijk in kleine hoeveelheden. Echter, naarmate hun volume toeneemt, nemen ook de bijwerkingen toe.

Bioprinting Oplossingen

De term ‘bioprinting’ verwijst naar additive manufacturing met levende organismen. Deze 3D-printsector blijft zich uitbreiden over meerdere industrieën. In de toekomst zouden bioprinters kunnen worden gebruikt om ruimtevaarders te helpen hun organen en andere vitale lichaamsdelen te genezen. Voor nu kunnen ze de sleutel vormen om afval te verminderen.

Details van de Studie

Door de noodzaak van levensvatbare, duurzame plasticalternatieven te erkennen, publiceerde een team van ingenieurs de studie “3D-geprinte Mycelium Biocomposieten: Methode voor 3D-printen en het laten groeien van op schimmels gebaseerde composieten in 3D-printen en additive manufacturing.”¹ De studie onderzoekt het gebruik van voedselafval, specifiek koffiedik, om een ideale omgeving voor schimmelgroei te creëren.

Bron – University of Washington

Koffiedik werd gekozen om een paar belangrijke redenen. Ten eerste worden er jaarlijks miljarden pond koffiedik weggegooid, omdat het grootste deel van de koffie niet wordt geabsorbeerd tijdens het zetproces. Opmerkelijk is dat koffiedik veel voedingsstoffen bevat die schimmels zoals paddestoelen kunnen gebruiken om te groeien, maar het is niet van nature steriel ondanks het lage risico op contaminatie. Om steriel te blijven, behandelden de onderzoekers het substraat met alcoholdoekjes en hielden ze zich aan schone hanteringsprotocollen om ongewenste microbiële groei te voorkomen.

Huidvorming

De eerste stap die paddestoelen nemen wanneer ze op een nieuw materiaal groeien, is het vormen van een Myceliumhuid. Deze huid functioneert als een wortelstelsel, waardoor de paddestoelen zich aan het oppervlak en aan elkaar binden.

Mycelium is volledig biologisch afbreekbaar en schaadt het milieu niet. Indrukwekkend genoeg groeit het snel en biedt het aanzienlijke waterbestendigheid zonder tekenen van vervorming. Zodra het juiste Mycelium was geselecteerd, ontdekten de ingenieurs hoe ze het Mycelium in vormen konden gieten.

Myceliumhuid is een levend materiaal waarvan onderzoekers hebben bewezen dat het zowel licht- als aanrakingstimuli kan waarnemen. Het is gebruikt om elektrische componenten en modulaire architecturale ontwerpen te creëren en er is eerder onderzoek gedaan naar zelfgroeiende robots. Nu zou het kunnen helpen om plastic afval te verminderen.

Mycofluid

De beslissing werd genomen om een pasta genaamd Mycofluid te maken. De Mycofluidformulering bestaat uit:

• 54.9% gebruikte koffiedik – dient als de primaire gerecyclede biomassa
• 13.7% bruine rijstmeel – levert koolhydraten voor schimmelgroei
• 5.5% gemalen graanzwammen – introduceert de schimmelsporen
• 1.1% xanthaangom – werkt als viscositeitsmodifier en bindmiddel
• 24.7% water – behoudt vocht voor myceliumontwikkeling

Het geïnfecteerde mengsel wordt geklopt tot het glad genoeg is om door een speciale 3D-printerextruder te worden geëxporteerd.

Speciaal Ontworpen Nozzles

Ingenieurs creëerden een speciaal ontworpen 3D-printernozzle die een laagextruder-nozzle integreerde, specifiek ontworpen om de dikke pasta te verwerken. Het nieuwe 3D-printerhoofd was speciaal ontworpen om de Jubilee 3D-printer te benutten, die ook werd ontwikkeld in het Machine Agency‑lab van UW.

Het nieuwe systeem omvatte een geüpgraded pastahouder. Dit systeem kan een liter pasta bevatten en kan worden uitgebreid voor grotere toepassingen wanneer nodig. Opmerkelijk is dat de opslag en nozzle zijn gebouwd om verschillende soorten materialen aan te kunnen, wat de doelstelling van de ingenieurs weerspiegelt om meerdere oplossingen voor het plasticafvalprobleem te bieden.

Testfase

Het nieuwe systeem werd getest door verschillende items te printen, waaronder een Moai‑standbeeld, verpakkingsmaterialen, drie delen van een vaas en andere objecten. Sommige items, zoals de vlinderkist, bestonden uit meerdere delen die aan elkaar werden gekoppeld.

De ingenieurs printten de ontwerpen met een eigen printer. De vormen werden vervolgens gedurende 10 dagen in een steriele kamer gelaten. Deze aanpak stelde de sporen in staat een sterk mycelium te vormen. Na tien dagen werden de objecten verwijderd en hun duurzaamheid getest.

Opmerkelijk is dat als de items langer in de sterilisatiekamer waren gebleven, ze verder tot paddestoelen zouden zijn gegroeid. Om verdere groei te voorkomen, werden de myceliumbedekte stukken verwijderd en volledig gedroogd.

Testresultaten

De resultaten van het experiment waren veelbelovend. Ten eerste fuseerde het Mycelium afzonderlijk geprinte stukken succesvol, wat aantoont dat het verpakkingsmateriaal in modulaire secties kan worden geproduceerd en toch een sterke structurele integriteit behoudt. Dit betekent dat het verpakkingsmateriaal kan worden gebruikt voor ingewikkelde ontwerpen en korte‑batchverwerking. Tests toonden aan dat het mycelium‑biocomposiet mechanische eigenschappen vertoonde die vergelijkbaar zijn met geëxpandeerd polystyreen schuim, vaak gebruikt in verpakkingen. Hoewel het niet per se sterker is dan Styrofoam, biedt het een vergelijkbare duurzaamheid terwijl het volledig biologisch afbreekbaar is. Volgens de onderzoeksdocumentatie vertoonde het een dichtheid die vergelijkbaar is met hoogwaardig karton.

Waterbestendigheid

Onderzoekers voerden een 24‑uur waterabsorptietest uit, waarbij gekoloniseerde en niet‑gekoloniseerde mycelium‑biocomposieten werden vergeleken. De gekoloniseerde monsters absorbeerden slechts 7 % water, behielden hun vorm en structurele integriteit, terwijl niet‑gekoloniseerde op koffie gebaseerde composieten volledig uiteenvielen in water.

Het bood ook veelbelovende niveaus van duurzaamheid terwijl het volledig biologisch afbreekbaar is. Bovendien kan het gemakkelijker worden gevormd en tegen lagere kosten.

Potentiële Marktvoordelen

Dit onderzoek brengt veel voordelen voor de markt. Ten eerste is er een sterke behoefte aan plasticalternatieven. De vervuiling veroorzaakt door dit afval heeft gevaarlijke niveaus bereikt. Om schade aan ecosystemen die niet meer te herstellen zijn te voorkomen, moet er een oplossing komen. Dit alternatief voor plastic is milieuvriendelijk en betaalbaar.

Daarnaast biedt het meer dan alleen een alternatief voor plastic. Onderzoekers willen deze technologie uitbreiden om ook alternatieven voor styrofoam te creëren. Gezamenlijk zouden deze verpakkingsmaterialen kunnen bijdragen aan het verminderen van wereldwijde vervuiling en extra vormen van duurzaamheid inspireren.

Ingewikkelde Ontwerpen

Een van de belangrijkste voordelen van dit type verpakking is de flexibiliteit. Het mycelium fuseert afzonderlijk geprinte stukken, waardoor één duurzame verpakking ontstaat die bestand is tegen impact en vocht. Bovendien kan het complexe en op maat gemaakte eenmalige eisen ondersteunen zonder de productieprocessen uit te breiden.

Kleine Batchproductie

Het 3D‑printproces voor mycelium‑biocomposieten leent zich uitstekend voor maatwerk, kleine‑batchproductie, met name voor het verpakken van breekbare of uniek gevormde items. In tegenstelling tot traditionele gegoten myceliumproducten, maakt deze methode het voor bedrijven mogelijk om op maat gemaakte ontwerpen te produceren zonder mallen.

Obstakels om te Overwinnen

Er zijn meerdere obstakels die de ingenieurs nog moeten aanpakken voordat hun nieuwe verpakkingsmethode een mainstream‑oplossing wordt. Ten eerste vereist het een basissterilisatie van voedselafval om de groei van het mycelium dat wordt gebruikt om de Mycofluid te creëren te ondersteunen. Deze eis zal grootschalig gebruik van deze methode beperken.

Echter, naarmate onderzoekers het materiaal uitbreiden om alle soorten voedselafval op te nemen, hopen ze een oplossing te vinden die zowel gemakkelijk beschikbaar is als verwijderd moet worden uit het milieu. Het combineren van deze eisen zorgt ervoor dat dit alternatief geen extra afval creëert terwijl het helpt het plasticprobleem op te lossen.

Bedrijven die de Bioprinting Markt Leiden

De bioprint‑sector blijft groeien naarmate er meer materialen en printmethoden opduiken. De bioprinters van vandaag kunnen volledige huizen creëren met aarde en andere materialen.

Daarnaast kunnen sommige bioprinters menselijke organen en andere vitale behandelingen maken om levens te redden. Deze apparaten breiden hun mogelijkheden en toepassingsscenario’s continu uit. Hier is één bedrijf dat een reputatie heeft opgebouwd voor innovatieve oplossingen in de bioprint‑sector.

United Therapeutics

United Therapeutics (UTHR ) betrad de markt in 1996. De oprichter, Martine Rothblatt, is een bekende ondernemer die meerdere bedrijven heeft opgericht, waaronder SiriusXM. Opmerkelijk is dat het bedrijf werd opgericht nadat haar dochter terminaal ziek werd.

Jaren later is United Therapeutics een leider op het gebied van longziektebehandelingen en orgaanproductie. Recentelijk is het bedrijf de bioprint‑arena binnengegaan met de overname van Miromatrix.

United Therapeutics zou gemakkelijk kunnen profiteren van een toename in de vraag binnen de bioprint‑sector door nieuwe toepassingen zoals verpakkingsvereisten. Het bedrijf biedt al gerenommeerde bioprint‑producten en wordt beschouwd als een marktleider. Daarom zouden beleggers die op zoek zijn naar een gevestigde bioprint‑aandelen verder onderzoek moeten doen naar UTHR.

3D-geprinte Mycelium Biocomposieten – Eindeloze Mogelijkheden

Het concept om items zoals koffiedik en schimmel te gebruiken om duurzame verpakkingen te maken verdient een applaus. Dit concept, hoewel nog in de kinderschoenen, zou op een dag kunnen leiden tot organische verpakkingsmaterialen. De mensheid heeft plasticalternatieven nodig, en het kan blijken dat meer dan één oplossing het antwoord is. Daarom kan dit onderzoek worden gezien als een waardevol stukje van die puzzel.

Leer nu over andere coole additieve productprojecten nu.

Studierreferentie:

^{1. Luo, D., Yang, J., & Peek, N. (2025). 3D-geprinte mycelium biocomposieten: Methode voor 3D-printen en het laten groeien van op schimmels gebaseerde composieten. 3D Printing and Additive Manufacturing. https://doi.org/10.1089/3dp.2023.0342}