Грибковый мицелий можно использовать для создания новых материалов

7 сентября 2024

Грибы могут предложить больше, чем кажется на первый взгляд. Их нитевидные клетки, которые растут обширно и скрыты под землей, как сеть корней, предлагают огромный потенциал для производства устойчивых биоразлагаемых материалов. Исследователи из Института прикладных исследований полимеров Фраунгофера (IAP) в Потсдамском научном парке используют этот мицелий для разработки широкого спектра перерабатываемых продуктов, от кошельков и изоляции до упаковки.

Для большинства из нас грибы выглядят как изогнутая шляпка и ножка. Однако большая часть организма состоит из сети клеточных нитей, называемых мицелием, которые в основном распространяются под землей и могут достигать значительных размеров. Эта тонко разветвленная сеть до сих пор использовалась недостаточно. Однако для исследователей из Института прикладных исследований полимеров Фраунгофера (IAP) в Потсдаме мицелий представляет собой новаторское сырье с потенциалом замены продуктов на основе нефти натуральными органическими композитами мицелия.

Органические остатки от региональной сельскохозяйственной и лесной деятельности используются в качестве субстрата для грибковых культур. В различных проектах исследователи используют материалы на основе мицелия для производства изоляции, упаковки и альтернатив кожаным изделиям без животных.

Материалы на основе мицелия из региональных сельскохозяйственных отходов

«Столкнувшись с изменением климата и сокращением запасов ископаемого сырья, возникла острая необходимость в биоразлагаемых материалах , которые можно производить с меньшим потреблением энергии», — говорит доктор Ханнес Хиннебург, биотехнолог Fraunhofer IAP. Вместе со своей командой он использует мицелий — например, из съедобных грибов или трутовых грибов, таких как вешенка или трутовик — для преобразования местных растительных остатков в устойчивые материалы.

«Мицелий обладает свойствами, которые можно использовать для производства экологически чистых, энергоэффективных материалов, поскольку рост грибов происходит в условиях окружающей среды , а CO2 _{сохраняется} в остатках. Когда целлюлоза и другие органические остатки разлагаются, образуется компактная трехмерная сеть, позволяющая развиваться самоподдерживающейся структуре», — объясняет Хиннебург.

Это производит материал, который является сложным соединением с органическим субстратом, таким как остатки зерновых, древесная щепа, пенька, тростник, рапс или другие сельскохозяйственные отходы. Эти вещества являются источником питательных веществ для грибка и полностью пронизываются тонкой сетью мицелия в процессе метаболизма. Это производит полностью органический композит, которому можно придать необходимую форму и стабилизировать путем термической обработки.

«Сначала вы смешиваете воду с сельскохозяйственными отходами, такими как солома, щепа и опилки, чтобы сформировать массу. После определения уровня влажности и размера частиц, а также завершения последующей термической обработки для уничтожения конкурирующих микробов субстрат готов. Он обеспечивает питание для грибков и смешивается с мицелием. После фазы роста в инкубаторе, которая длится около двух-трех недель, смесь произведет, в зависимости от формулы и используемого процесса, вещество, похожее на кожу, или композит, который можно обрабатывать дальше», — говорит Хиннебург, подводя итог производственному процессу.

Для этого процесса не требуется свет, что является преимуществом с точки зрения энергоэффективности.

Универсальное применение: прочность и эластичность можно настраивать индивидуально

Грибковые материалы можно выращивать с широким спектром свойств. В зависимости от применения они могут быть износостойкими, растяжимыми, прочными на разрыв, непроницаемыми, эластичными, мягкими и пушистыми или с открытыми порами. Результат определяется сочетанием типа грибка и сельскохозяйственных остатков, а также переменными параметрами, такими как температура и влажность. Продолжительность роста мицелия также влияет на конечный продукт.

Универсальность материала означает, что он может принимать огромное разнообразие форм, от толстых блоков до тончайших слоев, и использоваться во множестве сценариев. Это позволяет использовать материалы на основе грибов для текстильной обивки, упаковки, мебели, сумок или изоляционных плит для интерьеров. При использовании в качестве строительного материала гриб в первую очередь выполняет функцию биологического клея, поскольку широкий спектр органических частиц соединяется вместе посредством мицелия.

«Многочисленные положительные свойства материала — теплоизоляционные, электроизоляционные, влагорегулирующие и огнестойкие — позволяют сделать важный шаг на пути к циклическому и благоприятному для климата строительству», — говорит Хиннебург, один из текущих проектов которого включает разработку новой альтернативы полистиролу для теплоизоляции.

В другом проекте он сотрудничает с Институтом исследований продовольствия и окружающей среды и компанией Agro Saarmund eG с целью производства экологически чистых упаковочных лотков на основе мицелия из отходов и сырья, полученных в результате местной сельскохозяйственной и лесной деятельности.

В работе с дизайнерами он также разработал базовый материал для альтернатив кожаным изделиям без животных, таким как сумки и кошельки. Поскольку материалы на основе мицелия выглядят похожими на свои кожаные аналоги, их можно использовать для дополнения кожаных изделий в определенных областях.

Разработка промышленных процессов

В Европе только несколько компаний в настоящее время разрабатывают материалы на основе мицелия для коммерческого использования. Проблемы в этой области включают доступ к биогенным остаткам, способность гарантировать стабильное качество продукции и средства для эффективного масштабирования деятельности.

Для решения этих проблем исследователи используют недавно разработанный метод рулон-в-рулон, для которого они уже создали прототип. Этот метод предлагает значительные преимущества по сравнению со стандартными производственными процессами, включающими коробки и стеллажные системы: используя стандартизированный, непрерывный метод производства в контролируемых условиях процесса (таких как температура и влажность), исследователи могут гарантировать, что продукты на основе мицелия будут иметь постоянные свойства материала. Более того, ресурсы могут использоваться более эффективно, а производство может быть масштабировано до промышленного уровня.

«Это имеет решающее значение для удовлетворения растущего спроса промышленности на устойчивые материалы и для того, чтобы в долгосрочной перспективе стать менее зависимыми от нефти. Производство также можно улучшить, используя инновационные технологии, такие как искусственный интеллект, для оптимизации сочетания остатков и типов грибков», — говорит Хиннебург.