لماذا يمكن أن تحمل الفطريات مفتاح المباني الصديقة للبيئة والمقاومة للحريق - عالم الفيزياء

يسعى معظم الناس لإبعاد الفطريات عن منازلهم. الآن ، ومع ذلك ، تستكشف مجموعتان من الباحثين في المواد طرقًا لنسجها في نسيج المباني ذاته.

المجموعة الأولى بقيادة عالم النسيج جين سكوت في جامعة نيوكاسل في المملكة المتحدة ، أنشأت هياكل محبوكة تحمل خيوطًا فطرية تسمى الفطريات في مكانها بينما ينمو الفطر. والنتيجة هي مادة مركبة خفيفة الوزن يمكن استخدامها لبناء هياكل قوية وصديقة للبيئة.

المجموعة الثانية بقيادة مهندس نانوي إيفرسون كاندير والتقانة الحيوية تيان هوينه من جامعة RMIT في ملبورن ، أستراليا ، استخدم الميسيليوم لإنشاء صفائح مضغوطة من مادة مقاومة للحريق. الأمل هو أن مثل هذه الألواح يمكن أن تحل محل ألواح الكسوة القابلة للاشتعال مثل تلك التي ساهمت في القتل حريق برج جرينفيل، الذي قتل 72 من سكان لندن في عام 2017.

تفحم الفطريات له تأثير وقائي

بالنسبة إلى Kandare و Huynh وزملائه ، يكمن مصدر جاذبية الفطريات في الطريقة التي تتصرف بها عند تعرضها للنار وغيرها من مصادر الحرارة المشعة. بدلا من أن تشتعل فيها النيران ، كما فعلت كسوة جرينفيل، سطح مكشوف مصنوع من الميسيليوم يتحلل ليشكل مادة سوداء شجاعة تسمى شار. هذه الطبقة من الفحم لها تأثير وقائي من جزأين. بالإضافة إلى إبطاء انتقال الحرارة ، فإنه يمنع المواد المتطايرة في الطبقات الموجودة تحتها من الهروب إلى منطقة الاحتراق.

فائدة أخرى هي أنه عندما تحترق الفطريات ، فإنها تنتج ثاني أكسيد الكربون والماء فقط. هذا في تناقض صارخ مع مثبطات الحرائق التجارية ، كما يقول Huynh عالم الفيزياء. وتوضح قائلة: "يوجد حاليًا مثبطات الحريق المهلجنة وغير المهلجنة والتي لها مخاوف صحية وبيئية". "وتشمل هذه المواد مثبطات الحريق القائمة على البروميد والكلور (المهلجن) أو الفوسفور والنيتروجين (غير المهلجن) ، وعندما تحترق [فإنها] تنتج السموم."

العمل مع صناعة الفطر

في أحدث دراسة نشرت في المجلة تدهور البوليمر واستقراره, عمل فريق RMIT مع زملائه في جامعة نيو ساوث ويلز وجامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية لتطوير طريقة لزراعة صفائح من الفطريات النقية. النتائج تشبه الورق المقوى الملون ، ويقول Huynh إن أسهل طريقة لدمجها في المباني هي إضافتها إلى المواد الموجودة مثل ورق الحائط. وتقول: "إنها خفيفة ومرنة ومتعددة الاستخدامات لذا فهي تناسب العديد من التطبيقات المستخدمة في صناعة البناء".

بينما قام فريق RMIT بتنمية صفائح الميسيليوم الخاصة به من ثقافة الفطريات غير الصالحة للأكل ، غانوديرما أوستريل يقول Huynh إنه يجب أن يكون من الممكن أيضًا إنتاج الصفائح من النفايات الناتجة عن مزارعي الفطر التجاريين. تشرح قائلة: "يتم تصنيع هذه المنتجات الفطرية باستخدام دبس السكر ، وهو نفايات زراعية من صناعة قصب السكر". "بالنظر إلى أن [العالم] أنتجت ~ 177 مليون طن متري من السكر في 2022-2023 ، هذه مساهمة كبيرة في تقليل النفايات. "

دعامات الحياكة لهياكل الفطريات

تعد الاستدامة وتقليل النفايات من العوامل المحفزة أيضًا لسكوت وزملائها في نيوكاسل وجامعة فريجي في بروكسل في بلجيكا. الكتابة في المجلة الحدود في الهندسة الحيوية والتكنولوجيا الحيوية، لاحظوا أن الخصائص الحرارية والصوتية الممتازة لمركبات الفطريات تمنحهم "إمكانات هائلة" كبدائل غير مكلفة للرغاوي والأخشاب والبلاستيك في المباني الداخلية. ويكتبوا أن التحدي يكمن في تنمية هذه المركبات بطريقة قابلة للتطوير وتجعل الأشكال المعقدة ممكنة ، مع استمرار تلبية متطلبات الهيكل والاستقرار.

لصنع مركبات الفطريات ، يبدأ العلماء عادةً بخلط الأبواغ الفطرية مع الحبوب (مصدر غذائي) ومواد مثل نشارة الخشب والسليلوز (ركيزة لتنمو الفطريات عليها). الخطوة التالية هي تعبئة الخليط في قالب ووضعه في بيئة دافئة ومظلمة ورطبة. في ظل هذه الظروف ، تنمو الفطريات بسرعة نسبيًا ، وتربط الركيزة معًا بهياكلها الخيطية الشبيهة بالجذور. بمجرد أن يصل المركب إلى الكثافة المطلوبة ، تتوقف عملية النمو وتجف المادة بحيث لا تنتج الفطر.

تكمن المشكلة في أن الفطريات تحتاج إلى أكسجين لتنمو ، وهذا المطلب يقيد حجم وشكل القوالب (بالمعنى التصنيعي للكلمة ، وليس الفطرية) التي يمكن أن تنمو فيها. أو على الأقل ، إذا كان القوالب صلبة. كبديل ، اعتمدت سكوت على تدريبها على المنسوجات لتصميم نظام خلط وإنتاج الفطريات على أساس قوالب محبوكة من صوف ميرينو قوي ولكنه منفذ للهواء.

"نحن مجموعة متعددة التخصصات من الباحثين بما في ذلك الخبرة في برمجة وتصنيع الحياكة ثلاثية الأبعاد ، لذلك تمكنا من الجمع بين مجموعات مهارات فريدة جدًا لإنتاج هذا العمل ،" عالم الفيزياء. "الميزة الرئيسية لتكنولوجيا الحياكة مقارنة بعمليات النسيج الأخرى هي القدرة على حياكة الهياكل والأشكال ثلاثية الأبعاد بدون طبقات أو نفايات."

بمجرد اكتمال القوالب المحبوكة ، قام سكوت وزملاؤه بتعقيمها وربطها بهيكل صلب لدعم الخرسانة الفطرية ، أو الخرسانة العضلية ، أثناء نموها. ثم استخدموا مسدس حقن لملء القوالب بمعجون ناعم ولزج يحتوي على مسحوق ورقي ، وكتل من الألياف الورقية ، وماء ، وغليسيرين ، وصمغ الزانثان ، بالإضافة إلى جراثيم فطرية. يقول سكوت: "هذا الاتساق مطلوب عند العمل بقوالب محبوكة ثلاثية الأبعاد ، وهي متعددة الاستخدامات وفعالة من الناحية الهيكلية". "تكمن الصعوبة في تجميع كلا المكونين معًا في نموذج أولي على نطاق معماري."

مواد متعفنة في المستقبل

يوفر النموذج الأولي الأول للفريق ، الذي تم إنشاؤه في عام 2022 ، عرضًا حيًا لقدرات الخرسانة العضلية (انظر الصورة). معروف ك بيوكنيت، هذا الهيكل القائم بذاته بارتفاع 1.8 متر وقطره 2 متر مصنوع بالكامل من الخرسانة العضلية وقد نما كوحدة ، مما يعني أنه لا يحتوي على صلات يمكن أن تصبح نقاط ضعف. نموذج أولي ثان بعنوان غرفة المعيشة، يحتوي على مزيج من جراثيم الميسيليوم ، والصوف من أغنام هيردويك القوية ، ومزيج من نشارة الخشب وورق المهملات من المطاحن المحلية.

يمكن تشكيل الخشب المعالج في هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة

بالنسبة للمستهلكين الذين يكرهون العفن ، قد تكون ألوان BioKnit و The Living Room بعيدة بعض الشيء - تحمل الأسطح تشابهًا قويًا مع شيء قد ترشه بالمبيض - لكن سكوت يلاحظ أن الألوان والتشطيبات المختلفة يمكن أن تغير مظهر myocrete. على أي حال ، فهي تعتقد أن مزايا المواد يمكن أن تتغلب على أي مقاومة. "الجمالية جديدة ومختلفة ، [ولكن] ما نجده مقنعًا في هذه العملية هو القدرة على إنتاج أشكال وأشكال جديدة يمكن أن تساعدنا في تغيير المساحات الداخلية" ، كما تقول. "يتضمن عملنا بعضًا من المواد والعمليات الأكثر شيوعًا ، مثل الصوف والحياكة ، وأعتقد أن هذا يوفر للمستهلكين طريقة لفهم الفطريات من خلال عدسة شيء مألوف مثل المنسوجات."

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/why-fungi-could-hold-the-key-to-eco-friendly-fire-resistant-buildings/