Schimmelmycelium als basis voor duurzame producten

Schimmels hebben meer te bieden dan je op het eerste gezicht zou denken. Hun draadachtige cellen, die uitgebreid en onzichtbaar ondergronds groeien als een netwerk van wortels, bieden een enorm potentieel voor de productie van duurzame, biologisch afbreekbare materialen. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP in Potsdam Science Park gebruiken dit mycelium om een ​​breed scala aan recyclebare producten te ontwikkelen, van portemonnees en isolatie tot verpakkingen.

Voor de meesten van ons zien schimmels eruit als een gebogen hoed en een stengel. Het grootste deel van het organisme bestaat echter uit een netwerk van celfilamenten, mycelium genaamd. Dit verspreidt zich voornamelijk onder de grond en kan aanzienlijke proporties  bereiken. Dit fijn vertakte netwerk is tot nu toe onderbenut. Voor onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP in Potsdam is mycelium echter een baanbrekende grondstof met het potentieel om op aardolie gebaseerde producten te vervangen door natuurlijke, organische myceliumcomposieten. Organische resten van regionale landbouw- en bosbouwactiviteiten worden gebruikt als substraat voor de schimmelculturen. In verschillende projecten gebruiken de onderzoekers op Schimmelmycelium gebaseerde materialen. Dit om isolatie, verpakkingen en diervriendelijke alternatieven voor leren producten te produceren.

Mycelium-gebaseerde materialen uit regionale landbouwresten

“Gezien klimaatverandering en afnemende fossiele grondstoffen is er een dringende behoefte aan biologisch afbreekbare materialen. En materialen die met een lager energiegebruik kunnen worden geproduceerd”, zegt Dr. Hannes Hinneburg, biotechnoloog bij Fraunhofer IAP. Samen met zijn team gebruikt hij mycelium – bijvoorbeeld van eetbare paddenstoelen of zwammen zoals de oesterzwam of tonderzwam – om lokaal beschikbare plantenresten om te zetten in duurzame materialen.

“Het mycelium heeft eigenschappen die kunnen worden gebruikt om milieuvriendelijke, energiezuinige materialen te produceren. Dit omdat de groei van de schimmels plaatsvindt onder omgevingsomstandigheden en CO₂ in de resten blijft opgeslagen. Wanneer cellulose en andere organische resten ontbinden, vormt zich een compact, driedimensionaal netwerk. Hierdoor ontstaat een zelfvoorzienende structuur”, legt Hinneburg uit. Dit levert een materiaal op dat een complexe verbinding is met een organisch substraat. Dit substraat kan zijn vans graanresten, houtsnippers, hennep, riet, koolzaad of andere landbouwresten. Deze stoffen zijn een bron van voedingsstoffen voor de schimmel. Tegelijkertijd worden ze volledig doordrongen door een fijn netwerk van mycelia tijdens het metabolische proces. Dit levert een volledig organisch composiet op dat in de gewenste vorm kan worden gebracht. Wel moet men het stabiliseren door middel van een thermische behandeling.

“Eerst meng je water met landbouwresten zoals stro, houtsnippers en zaagsel om een ​​massa te vormen. Zodra het vochtigheidsniveau en de deeltjesgrootte zijn bepaald en de daaropvolgende hittebehandeling om concurrerende bacteriën te doden is voltooid, is het substraat klaar. Het biedt voedsel voor de schimmels en wordt gemengd met het mycelium. Na een groeifase van ongeveer twee tot drie weken in de broedmachine, zal het mengsel, afhankelijk van de gebruikte formulering en het gebruikte proces, een substantie produceren die lijkt op leer of een composiet dat verder kan worden verwerkt”, zegt Hinneburg, die het productieproces samenvat. Voor dit proces is geen licht nodig – een bonus wat betreft energie-efficiëntie.

Veelzijdige toepassingen: sterkte en elasticiteit kunnen specifiek worden geconfigureerd

De schimmelmaterialen kunnen worden gekweekt met een breed scala aan eigenschappen. Afhankelijk van de toepassing kunnen ze slijtvast, rekbaar, scheurvast, ondoordringbaar, elastisch, zacht en pluizig of openporig zijn. Het resultaat wordt bepaald door de combinatie van het type schimmel en landbouwresten, plus variabele parameters zoals temperatuur en vochtigheid. De duur van de myceliumgroei beïnvloedt ook het eindproduct. De veelzijdigheid van het materiaal betekent dat het een grote verscheidenheid aan vormen kan aannemen, van dikke blokken tot flinterdunne lagen, en in een veelvoud aan scenario’s kan worden gebruikt. Dit maakt het mogelijk om op schimmels gebaseerde materialen te gebruiken voor textielbekleding, verpakkingen, meubels, tassen of isolatieplaten voor interieurs. Bij gebruik als bouwmateriaal fungeert de schimmel voornamelijk als een biologische lijm, aangezien een breed scala aan organische deeltjes via het mycelium met elkaar worden verbonden.

“De vele positieve eigenschappen van het materiaal, warmte-isolerend, elektrisch isolerend, vochtregulerend en brandwerend, maken een belangrijke stap in de richting van circulair en klimaatpositief bouwen mogelijk”. Dit zegt Hinneburg, wiens huidige projecten betrekking hebben op de ontwikkeling van een nieuw polystyreenalternatief voor thermische isolatie. In een ander project werkt hij samen met het Institute for Food and Environmental Research en Agro Saarmund eG om milieuvriendelijke, op mycelium gebaseerde verpakkingsschalen te produceren van resten en grondstoffen afkomstig van lokale landbouw- en bosbouwactiviteiten. In zijn werk met ontwerpers heeft hij ook het basismateriaal ontwikkeld voor diervriendelijke alternatieven voor leren producten. Hierbij moet u denken aan tassen en portemonnees. Omdat de op mycelium gebaseerde materialen lijken op hun leren tegenhangers, kunnen ze worden gebruikt om leren artikelen in bepaalde gebieden aan te vullen.

Ontwikkelen van industriële processen

In Europa ontwikkelen momenteel slechts enkele bedrijven mycelium-gebaseerde materialen voor commercieel gebruik. De uitdagingen op dit gebied zijn onder andere toegang tot biogene residuen, het vermogen om consistente productkwaliteit te garanderen en de middelen om activiteiten efficiënt op te schalen.

Om deze uitdagingen aan te pakken, gebruiken de onderzoekers een nieuw ontwikkelde roll-to-roll-methode, waarvoor ze al een prototype hebben gemaakt. Deze methode biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van standaardproductieprocessen met dozen en stellingsystemen. Door een gestandaardiseerde, continue productiemethode te gebruiken onder gecontroleerde procesomstandigheden (zoals temperatuur en vochtigheid), kunnen de onderzoekers ervoor zorgen dat de op mycelium gebaseerde producten consistente materiaaleigenschappen hebben. Bovendien kunnen grondstoffen efficiënter worden gebruikt en kan de productie worden opgeschaald naar een industrieel niveau. “Dit is cruciaal om te voldoen aan de groeiende vraag van de industrie naar duurzame materialen. En om op de lange termijn minder afhankelijk te worden van aardolie. De productie kan ook verder worden verbeterd door innovatieve technologieën zoals kunstmatige intelligentie te gebruiken om de combinatie van residuen en soorten schimmels te optimaliseren”, aldus Hinneburg.

• Fraunhofer Instituut voor Toegepast Polymeeronderzoek IAP  (iap.fraunhofer.de)
• Onderzoeksnieuws september 2024 – Schimmelmycelium als basis voor duurzame producten