Afval reduceren én nieuwe materialen maken dankzij schimmels

Mycomateriaal uit de 3D-printer

©Anyuta Wiazemsky

Elise Elsacker (31) is creatief ondernemer en onderzoekster aan de Vrije Universiteit Brussel. Vijf jaar geleden probeerde ze een jaar zonder plastic te leven. ‘Er waren al enkele biowinkels, maar het aanbod was nog niet zo uitgebreid als nu.’ Ze zocht recepten online en bekeek YouTube filmpjes om een alternatief te vinden voor plastic. Ze ontmoette Winnie Poncelet, bio-ingenieur en oprichter van ReaGent, een labo voor ‘citizen science’ in Gent. Elsacker, afgestudeerd als architect, en Poncelet, thuis in de microbiologie, begonnen op een experimentele manier een interdisciplinair onderzoek naar de mogelijkheden van micro-organismen zoals schimmels.

Getriggerd door het werk in het labo begon Elsacker aan haar PhD in digitale biofabricage. Gelijklopend met haar onderzoek startte ze ook samen met Winnie Poncelet en Jasper Bloemen de coöperatie Glimps op. ‘In het begin hadden we nog niet veel expertise rond het ontwikkelen van biomaterialen. We zijn begonnen met zoveel mogelijk kennis te delen en mensen op te leiden om met die materialen aan de slag te gaan.’

Duurzaam materiaal van schimmels

Micro-organismen zoals fungi of schimmels kunnen gebruikt worden om duurzaam materiaal te maken. Elsacker spitst zich toe op de zwamvlok of het mycelium, een netwerk van schimmeldraden. Het mycelium is een lichte, vuurvaste stof en volledig biologisch afbreekbaar.

Micro-organismen zoals fungi of schimmels kunnen gebruikt worden om duurzaam materiaal te maken.

Het mycomateriaal is een circulair materiaal en juist dat maakt het zo interessant. Het kan uit een afvalstroom geproduceerd worden en het breekt vanzelf af. ‘In het huidige economische systeem worden grondstoffen in overvloed gebruikt. Wij gebruiken enkel landbouwafval. Zolang er aan landbouw wordt gedaan, is onze grondstof dus beschikbaar. We zijn er zeker van dat het materiaal afbreekt in compost en water. Biodegradeerbaarheidstesten moeten nu nog uitwijzen hoeveel tijd dat precies in beslag neemt.’

‘De eerste twee jaar draaide mijn onderzoek vooral rond het karakteriseren van de mycomaterialen. Ik ben gaan kijken hoe snel een organisme groeit in een bepaald substraat. Verschillende type vezels zoals houtvezels, hennepvezels en vlas kunnen gebruikt worden als substraat. Dan kan je er ook verschillende types schimmels op laten groeien. Elke schimmel zal op een andere manier reageren op het substraat.

Maar elke schimmel zal ook reageren tegenover andere parameters zoals vochtigheid, temperatuur, luchtuitwisseling. Al die parameters hebben we geanalyseerd en daarna ook getest op hun mechanische eigenschappen. Aangezien we niet weten hoe sterk die materialen zijn, moesten we dat luik eerst doen voordat we zouden beginnen met 3D-printen of andere toepassingen.’

‘Nu we al die eigenschappen hebben, zit ik in een fase waarin ik andere fabricagemethodes ontwikkel. De standaard fabricagemethode is om het substraat te mengen met de schimmel, in een mal te zetten en dan te laten groeien. Maar er bestaan verschillende andere opties zoals 3D-printen en 3D-weven. Dan hebben we geen plastic mal meer nodig en kunnen we meteen een vorm printen of weven. Hiervoor gebruiken we industriële robots die we zelf hebben omgebouwd. Zo kunnen we op een grotere schaal objecten 3D-printen met mycomateriaal.’

Afvalprobleem

Het plasticprobleem aanpakken is urgent. Volgens UNEP gaan er elk jaar zo’n 17 miljoen olievaten naar de productie van plastic. In totaal komt er elk jaar 13 miljoen ton plastic terecht in de zee en zo’n 100.000 zeezoogdieren sterven eraan. We dragen met z’n allen die verantwoordelijkheid.

Met mycomateriaal kan de maatschappij overgaan naar een duurzame manier van consumeren en zouden we kunnen overschakelen naar een circulaire economie.

‘Of het mogelijk is om alle plastic te vervangen? We hebben geen keuze, maar het probleem is vooral de manier waarop we grondstoffen ontginnen en wat er met plastic gebeurt als we het niet meer gebruiken. Mocht alle plastic in de wereld opgevangen worden en écht gerecycleerd worden en terug in de cyclus worden gezet, dan zouden we niet met het probleem zitten waar we nu mee zitten.

Het is vooral nodig om het fabricageproces te veranderen en dat geldt ook voor andere fossielgebaseerde grondstoffen. Ik wil kunnen aantonen dat er andere fabricagemogelijkheden zijn en dat we ons niet moeten vastpinnen op het ontginnen van grondstoffen, maar dat we die ook zelf kunnen doen groeien.’

Mycomateriaal

©Anyuta Wiazemsky

Alternatief

‘Ik zie mycomateriaal eerder als een extra materiaal dan als een echte vervanging van iets. Het mycomateriaal zou wel synthetische isolatiepanelen kunnen vervangen want het heeft dezelfde thermische eigenschappen, een lagere waterabsorptie en het is brandveilig. Als we het mycomateriaal gaan samendrukken, kan het ook als alternatief dienen voor houtvezelplaten. Die platen worden nu aan elkaar gelijmd met zware chemische middelen, maar de fungi zouden daar een alternatief voor zijn. We zijn nu ook aan het kijken hoe we dierlijk leer kunnen vervangen want het mycomateriaal kan ook een flexibele en dunne vorm aannemen.’

Met mycomateriaal kan de maatschappij overgaan naar een duurzame manier van consumeren en zouden we kunnen overschakelen naar een circulaire economie. Een systeem waarin geen eindige grondstoffen worden uitgeput en waarin reststoffen volledig worden hergebruikt. ’Ik wil aantonen dat het binnen de circulaire economie niet enkel gaat om recupereren en recycleren, maar dat het ook kan gaan om biologisch groeien.’

‘We zijn nog aan het analyseren of het mogelijk is om het materiaal volledig circulair te maken. We zijn levenscyclusanalyses aan het maken om te achterhalen waar alle energiestromen zitten en welke we kunnen optimaliseren. Het is moeilijk om volledig CO2-neutraal materiaal te ontwikkelen. Aan bepaalde facetten van het proces zitten we namelijk vast. Zo hebben we energie nodig om het mycomateriaal te laten groeien. Dat zit nu in een incubator op een bepaalde temperatuur en de energie die we daarvoor gebruiken is niet duurzaam. Ook de plastic mal waarin we het produceren kost veel energie omdat daar olie voor ontgonnen wordt. Het kan dus zeker geoptimaliseerd worden, maar dan moet het hele systeem die verschuiving doorgaan.’

Mycomateriaal uit de 3D-printer

©Anyuta Wiazemsky

Onderzoek in kinderschoenen

Elsacker is zowat de grondlegger van het mycomateriaal in België. ‘Ik ben de enige hier in België die dit soort onderzoek uitvoert. In de Verenigde Staten staan ze al veel verder en waren ze ook al een paar jaar bezig voordat wij begonnen. Ecovative en Mycoworks zijn twee Amerikaanse start-ups. Zij hebben direct een patent genomen en dat maakt het nu moeilijker voor ons.

In Europa heeft de Italiaan Maurizio Montalti het bedrijf MOGU opgericht. Zij houden zich bezig met de ontwikkeling van ‘myco-based’ technologie voor de productie van biomaterialen. Ze zouden ook hun materialen tegen het einde van 2019 op de markt willen brengen. In Nederland ontwikkelt het bedrijf Krown ook mycomateriaal.

Voor de rest is er geen grootschalige productie van mycomateriaal, want het staat echt nog in zijn kinderschoenen. Er zijn ook maar vijf, misschien tien, onderzoeksgroepen die in dit domein onderzoek doen.’

‘Bedrijven houden hun kennis intern en daarom moeten we nu ook veel dingen reproduceren wat anderen wel al kennen, maar geheim houden’.

Mycomateriaal is aan zijn opmars bezig en steeds meer producten beginnen op de markt te komen. ‘Het afgelopen jaar is dat echt wel aan het boomen, maar op vlak van academisch onderzoek is er eigenlijk niets over terug te vinden. Bedrijven houden hun kennis intern en daarom moeten we nu ook veel dingen reproduceren wat anderen wel al kennen, maar geheim houden’.

Het hele proces moet natuurlijk wel duurzaam blijven. Vorig jaar kondigde IKEA aan dat ze biologische afbreekbare paddenstoelenverpakking zouden gaan gebruiken, maar dat is er nooit van gekomen. ‘In mijn ogen is de reden dat het mislukt is omdat ze een bedrijf wilden installeren waar de verpakkingen geproduceerd zouden worden om dan te verspreiden naar alle IKEA’s wereldwijd. Dat is geen duurzaam verhaal meer omdat je met een gecentraliseerde productie zit. Het lijkt mij beter om lokale productie-eenheden te installeren.’

‘Het is ook zeker haalbaar in België om de productie lokaal uit te bouwen. We hebben redelijk veel paddenstoelenkwekerijen en die hebben de infrastructuur al om mycomateriaal te maken.’

Brede waaier aan oplossingen

‘Er is eigenlijk een push van de industrie nodig en in het begin zijn ook subsidies nodig van de overheid om investeringen te stimuleren en dat soort fabricageplaatsen te ontwikkelen. In een positief scenario zal het volgens mij nog twee à drie jaar duren voor die materialen echt algemeen bekend zijn en gebruikt worden.’

‘Een grote hindernis is het gebrek aan financiering om meer mensen aan te werven. De industrie zit met zoveel vragen, maar door tijdsgebrek kan ik daar niet op ingaan. Op het einde van mijn onderzoek ga ik ook niet met het meest optimale materiaal zitten. Mijn onderzoek gaat heel breed, over alle mogelijke opties. Maar binnen dat onderzoek zijn er verschillende takken die door andere mensen verder uitgebouwd moeten worden. Het zal dus een overzicht worden van alle mogelijke oplossingen.