Tại sao nấm có thể nắm giữ chìa khóa cho các tòa nhà chống cháy, thân thiện với môi trường – Physics World

Tại sao nấm có thể nắm giữ chìa khóa cho các tòa nhà chống cháy, thân thiện với môi trường – Physics World

Dấu thời gian: 24:2023 chiều ngày 12 tháng 00 năm XNUMX

Ảnh chụp cấu trúc nguyên mẫu Bioknit, có hình vòm và được tạo thành từ các vòm tinh tế, lồng vào nhau, có cùng màu đen, phấn như hoa nấm. Hai người đang ngồi bên trong cấu trúc.
Khuôn kỳ diệu: Nguyên mẫu BioKnit. (Được phép: Trung tâm Công nghệ sinh học trong Môi trường Xây dựng)

Hầu hết mọi người cố gắng loại bỏ nấm khỏi nhà của họ. Tuy nhiên, hiện nay có hai nhóm nhà nghiên cứu vật liệu đang tìm cách kết hợp nó vào kết cấu của các tòa nhà.

Nhóm đầu tiên do nhà khoa học dệt may dẫn đầu Jane Scott tại Đại học Newcastle ở Anh, đã tạo ra các cấu trúc dệt kim giữ các sợi nấm gọi là sợi nấm tại chỗ trong khi nấm phát triển. Kết quả là tạo ra một loại vật liệu composite nhẹ có thể được sử dụng để xây dựng các cấu trúc chắc chắn, thân thiện với môi trường.

Nhóm thứ hai, dẫn đầu bởi nanoengineer Everson Kandare và nhà công nghệ sinh học Tiến Huỳnh của Đại học RMIT ở Melbourne, Úc, đã sử dụng sợi nấm để tạo ra các tấm vật liệu chống cháy nén. Người ta hy vọng rằng những tấm như vậy có thể thay thế những tấm ốp dễ cháy giống như những tấm đã góp phần gây ra thảm họa chết người. cháy tháp Grenfell, đã giết chết 72 người London vào năm 2017.

Nấm than có tác dụng bảo vệ

Đối với Kandare, Huynh và các đồng nghiệp, nguồn gốc sự hấp dẫn của sợi nấm nằm ở cách nó hoạt động khi tiếp xúc với lửa và các nguồn nhiệt bức xạ khác. Thay vì bùng cháy, như tấm ốp Grenfell đã làm, bề mặt làm bằng sợi nấm bị phân hủy tạo thành chất màu đen nhám gọi là than. Lớp than này có tác dụng bảo vệ hai phần. Ngoài việc làm chậm quá trình truyền nhiệt, nó còn ngăn chặn các vật liệu dễ bay hơi ở các lớp bên dưới thoát ra vùng cháy.

Ảnh của Nattanan (Becky) Chulikavit, Tien Huynh và Everson Kandare trong phòng thí nghiệm của họ tại cơ sở Bundoora của RMIT. Họ đang mặc áo khoác phòng thí nghiệm và phía sau là những kệ chứa đầy hóa chất
Nhóm nghiên cứu: (lr) Nattanan (Becky) Chulikavit, Tien Huynh và Everson Kandare trong phòng thí nghiệm của họ tại cơ sở Bundoora của RMIT. (Ảnh: RMIT)

Một lợi ích nữa là khi sợi nấm cháy, nó chỉ tạo ra carbon dioxide và nước. Điều này hoàn toàn trái ngược với chất chống cháy thương mại, Huỳnh nói Thế giới Vật lý. Cô giải thích: “Hiện nay có các chất chống cháy halogen hóa và không halogen hóa gây lo ngại về sức khỏe và môi trường. “Chúng bao gồm các chất chống cháy dựa trên bromide và clo (halogen hóa) hoặc phốt pho và nitơ (không halogen hóa) và khi chúng đốt cháy [chúng] sẽ tạo ra độc tố.”

Làm việc với ngành nấm

Trong nghiên cứu mới nhất được công bố trên tạp chí Suy thoái và ổn định polymer, Nhóm RMIT đã làm việc với các đồng nghiệp tại Đại học New South Wales và Đại học Bách khoa Hồng Kông để phát triển phương pháp trồng các tấm sợi nấm nguyên chất. Kết quả trông giống như những tấm bìa cứng màu bánh mì nướng và Huynh cho biết cách dễ nhất để kết hợp vào các tòa nhà là thêm nó vào các vật liệu hiện có như giấy dán tường. Cô nói: “Nó nhẹ, linh hoạt và linh hoạt nên sẽ phù hợp với nhiều ứng dụng được sử dụng trong ngành xây dựng”.

Bàn tay đeo găng của Nattanan Chulikavit cầm những tờ nấm. Một tấm có hình chữ nhật, màu nâu nhạt, có đốm; cái còn lại nhợt nhạt và trông giống như một chiếc bánh quy nước hoặc bánh thánh.
Giống giấy dán tường: Nghiên cứu sinh tiến sĩ Nattanan Chulikavit khoe những tấm sợi nấm nén mà cô đã tạo ra. (Ảnh: Đại học RMIT)

Trong khi nhóm RMIT phát triển các tấm sợi nấm từ môi trường nuôi cấy nấm khung không ăn được, nấm linh chi Úc, Huỳnh cho biết cũng có thể sản xuất các tấm từ chất thải của những người trồng nấm thương mại. Cô giải thích: “Việc tạo ra các sản phẩm nấm này sử dụng mật đường, một chất thải nông nghiệp từ ngành mía đường”. “Cho rằng [thế giới] sản xuất ~177 triệu tấn đường giai đoạn 2022-2023 đây là đóng góp đáng kể cho việc giảm thiểu chất thải.”

Hỗ trợ đan cho các cấu trúc sợi nấm

Tính bền vững và giảm thiểu chất thải cũng là những yếu tố thúc đẩy Scott và các đồng nghiệp của cô tại Newcastle và Vrije Universiteit Brussel ở Bỉ. Viết trên tạp chí Biên giới trong Kỹ thuật sinh học và Công nghệ sinh họcHọ lưu ý rằng các đặc tính cách nhiệt và cách âm tuyệt vời của vật liệu tổng hợp sợi nấm mang lại cho chúng “tiềm năng to lớn” là vật liệu thay thế rẻ tiền cho bọt, gỗ và nhựa trong nội thất tòa nhà. Họ viết, thách thức là phát triển các vật liệu tổng hợp này theo cách có thể mở rộng và tạo ra các hình dạng phức tạp, trong khi vẫn đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc và độ ổn định.

Để tạo ra vật liệu tổng hợp sợi nấm, các nhà khoa học thường bắt đầu bằng cách trộn bào tử nấm với ngũ cốc (nguồn thực phẩm) và các vật liệu như mùn cưa và xenlulo (chất nền để nấm phát triển). Bước tiếp theo là đóng gói hỗn hợp vào khuôn và đặt ở môi trường ấm áp, tối và ẩm ướt. Trong những điều kiện này, sợi nấm phát triển tương đối nhanh, liên kết chất nền với nhau bằng các cấu trúc dạng sợi giống như rễ của nó. Khi hỗn hợp đạt đến mật độ mong muốn, quá trình tăng trưởng sẽ dừng lại và vật liệu khô đi nên không thể tạo ra nấm.

Vấn đề với điều này là sợi nấm cần oxy để phát triển và yêu cầu này hạn chế kích thước và hình dạng của các khuôn (theo nghĩa sản xuất của từ này chứ không phải nấm) mà nó có thể phát triển. Hoặc ít nhất, nó có thể phát triển nếu khuôn rất chắc chắn. Để thay thế, Scott đã dựa vào khóa đào tạo về dệt may của mình để thiết kế một hệ thống sản xuất và trộn sợi nấm dựa trên các khuôn được dệt từ len merino chắc chắn nhưng có khả năng thấm khí.

Hình ảnh nguyên mẫu BioKnit bên trong một tòa nhà. Cửa vòm mở lớn nhất hướng về phía camera
Vào bên trong: Một góc nhìn khác về nguyên mẫu BioKnit. (Được phép: Trung tâm Công nghệ sinh học trong Môi trường Xây dựng)

Cô nói: “Chúng tôi là một nhóm các nhà nghiên cứu liên ngành bao gồm chuyên môn về lập trình và sản xuất vải dệt kim 3D, vì vậy chúng tôi có thể tập hợp những kỹ năng khá độc đáo để tạo ra tác phẩm này”. Thế giới Vật lý. “Ưu điểm chính của công nghệ dệt kim so với các quy trình dệt khác là khả năng đan các cấu trúc và hình thức 3D mà không có đường may và không lãng phí.”

Sau khi các khuôn dệt kim đã hoàn thành, Scott và các đồng nghiệp đã khử trùng chúng và gắn chúng vào một cấu trúc cứng để hỗ trợ bê tông sợi nấm, hay myocrete, khi nó phát triển. Sau đó, họ sử dụng súng phun để đổ đầy các khuôn bằng một hỗn hợp sệt, mịn có chứa bột giấy, các khối sợi giấy, nước, glycerine và xanthan gum cũng như bào tử nấm. Scott nói: “Sự nhất quán này là cần thiết khi làm việc với ván khuôn dệt kim 3D, loại ván khuôn này linh hoạt và hiệu quả về mặt cấu trúc”. “Khó khăn là ở chỗ đưa cả hai thành phần lại với nhau thành nguyên mẫu ở quy mô kiến ​​trúc.”

Vật liệu mốc của tương lai

Nguyên mẫu đầu tiên của nhóm, được tạo ra vào năm 2022, là minh chứng sống động về khả năng của myocrete (xem ảnh). Được biết như BioKnit, cấu trúc đứng tự do cao 1.8 m, đường kính 2 m này được làm hoàn toàn bằng myocrete và được phát triển thành một khối, nghĩa là nó không chứa các mối nối có thể trở thành điểm yếu. Nguyên mẫu thứ hai, mang tên Cuộc sống trong phòng, chứa hỗn hợp các bào tử sợi nấm, len từ những con cừu Herdwick khỏe mạnh và hỗn hợp mùn cưa và giấy thải từ các nhà máy địa phương.

Đối với những người tiêu dùng không thích nấm mốc, màu sắc của BioKnit và The Living Room có ​​thể hơi khác lạ – các bề mặt rất giống với thứ mà bạn có thể phun bằng thuốc tẩy – nhưng Scott lưu ý rằng các màu sắc và lớp hoàn thiện khác nhau có thể biến đổi diện mạo của myocrete. Trong mọi trường hợp, cô tin rằng ưu điểm của vật liệu này có thể vượt qua mọi trở ngại. Cô nói: “Tính thẩm mỹ mới và khác biệt, [nhưng] điều chúng tôi thấy hấp dẫn về quá trình này là khả năng tạo ra các hình dạng và hình thức mới có thể giúp chúng tôi biến đổi không gian nội thất”. “Công việc của chúng tôi bao gồm một số vật liệu và quy trình phổ biến nhất, chẳng hạn như len và đồ dệt kim, và tôi nghĩ điều này mang đến cho người tiêu dùng một cách để hiểu về sợi nấm qua lăng kính của những thứ quen thuộc như hàng dệt may.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý