ここでは、断熱用途の石油化学製品および汚染材料から菌糸体ベースの複合材料(MBC)を製造するための最適化された方法論を紹介します。カーボンニュートラルで持続可能なものになるには、菌糸体バイオコンポジットのようなバイオベースで堆肥化可能な材料が解決策になる可能性があります。それらが建設基準を満たしているかどうかを判断するために、いくつかの実験が行われました。
方法論記事
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ここでは、断熱用途の石油化学製品および汚染材料から菌糸体ベースの複合材料(MBC)を製造するための最適化された方法論を紹介します。カーボンニュートラルで持続可能なものになるには、菌糸体バイオコンポジットのようなバイオベースで堆肥化可能な材料が解決策になる可能性があります。それらが建設基準を満たしているかどうかを判断するために、いくつかの実験が行われました。
この研究は、革新的なバイオベースの断熱材として菌糸体バイオ複合材料を開発することにより、持続可能な建設資材に対する需要の高まりに対処することを目的としていました。菌糸体に結合した地元の農業用リグノセルロース残留副産物を利用して、化石ベースの材料に代わる有望な循環型代替品を提供します。この原稿は、Mythic プロジェクトの要約されたビューであり、技術的な実現可能性を確保するために成長技術と材料特性を最適化することに焦点を当てています。
成長最適化段階では、穀物穀粒ベースの接種剤の代わりに再生セルロースを使用した新しい接種方法により、成長速度と基質のコロニー形成が大幅に改善され、インキュベーション時間が短縮され、工業生産のニーズに合致しました。
材料特性の最適化は、断熱材の重要な属性である熱特性、耐火性、湿気挙動に焦点を当てました。菌糸体バイオコンポジットは、従来の絶縁体に匹敵する0.034〜0.039 W/m・Kの熱伝導率を達成しました。湿気挙動特性は、断熱材としての使用に十分であると考えられています。コーティングにより疎水性が向上し、湿気の多い条件下での耐久性が向上しました。これらのイノベーションにより、菌糸体バイオ複合材料がさまざまな用途の業界ベンチマークを確実に満たすことができます。
2022 年、建設業界は世界の温室効果ガス排出量の 21% を占め、欧州連合の総廃棄物の 38.4% を発生させました 1,2。この影響の大部分は、発泡ポリスチレン (EPS) やポリイソシアヌレート (PIR) フォームなどの従来の断熱材の製造と廃棄に起因しています。これらの材料は石油化学ベースであり、製造にエネルギー集約的であり、生分解性が低く、具体化された炭素が多いため、長期的な環境リスクをもたらします 3,4。
これらの課題に対処するために、現在の研究では、断熱用途向けの菌糸体ベースの複合材料 (MBC) を製造するための最適化された方法論を提示します。この方法の主な目的は、菜種わら (RS) で栽培された 霊芝 (GR) を使用して、産業環境に合わせて拡張できる再現性のあるラボ規模のアプローチを確立することです。この技術は、競争力のある熱および湿度調節特性を備えた、完全にバイオベースのカーボンネガティブ断熱材を生成するように設計されています。
MBC には、従来の断熱材に比べて魅力的な利点があります。これらは農業廃棄物から生成され、最小限のエネルギー投入しか必要とせず、寿命期間中は炭素吸収源として機能し、寿命の終わりの段階で自然に分解されるため、循環型建築システムの有力な候補となっています 5,6。セルロースやヘンプクリートなどの他のバイオベースの代替品と比較して、MBCは、低熱伝導率と構造凝集性および疎水性調整を独自に組み合わせており、これは成長制御および後処理技術によって達成できます7,8。
より広範な文献は、MBCの関連性をますます支持しています。レビューと実証研究は、断熱および遮音への適合性、さまざまな基質と真菌の組み合わせへの適応性、および建築規模でのモジュール式またはその場生産の可能性を強調しています6,9,10。たとえば、制御された条件下でテストされたGR-RS MBCは、約0.045 W / m·Kの熱伝導率、1800 J / kg·K、および最大0.5MPaの圧縮強度は、壁や屋根の非耐荷重断熱パネルに適した性能レベルを示しています6,7,8。さらに、バイオミメティック アプローチが登場し、MBC を建築研究におけるレスポンシブ デザイン材料として組み立てています11。ただし、スケール全体での機械的一貫性と耐久性を確保することは、依然として活発な研究分野です12。
MNEXTは、建設における断熱のための菌糸体材料(Mytherials)というMythicプロジェクトを立ち上げました。このイニシアチブは、GRとRSがMBC開発にとって有望な組み合わせを形成するという以前の調査結果を拡張し、成長条件の改良、断熱材用途に関連するISO規格に従った材料試験、および将来のアップスケーリングのための経済的およびユーザーの受け入れパラメータの評価に焦点を当てています。
この技術は、循環型ライフサイクルを備えた影響の少ない建築材料を模索する研究者、建築家、製造業者にとって特に重要です。この方法は、低密度、熱調節、湿気挙動が重要な壁、屋根、床の断熱用途に焦点を当てています。主な状況要因には、基質と真菌種の局所的な入手可能性、接種と成長プロセスの拡張性、建物の性能基準への準拠が含まれます。この方法論には、熱伝導率、比熱容量、湿気応答、撥水性の評価が含まれており、ユーザーは環境条件や規制要件に基づいてその適用性を評価できます。
この原稿は、その研究の成果、つまり、最適化された成長パラメータや材料試験プロトコルを含む、GR-RS MBCを製造するためのラボ規模でありながらスケーラブルな方法を示しています。GR-RS が焦点ですが、このプロトコルは他の真菌種や基質にも適応できるため、さまざまな地域や原料の入手可能性に関連しています。この方法は実験室またはパイロット規模では効果的ですが、一貫性とコスト効率を確保するために、大規模な実装にはさらなる適応が必要になる場合があります。
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この記事で使用されている材料、機器、機械、および関連ソフトウェアは、 材料表にリストされています。プロトコルは、MBCの製造と材料試験の2つの主要なセクションに分かれています。
1. MBC制作
2. 材料試験
注:ステップバイステップのスクリーンショットを含む 補足ファイルは、熱特性(補足ファイル1)と圧縮強度測定(補足ファイル2)の両方でソフトウェアを使用するために提供されています。試験用のサンプルはすべて、試験前に安定した室温 (23 ± 5) °C と相対湿度 50 ± 20% で 48 時間調整されます。





は l、 b、または t です。






表1:比熱容量のステップ温度。 この表は、MBC サンプルの比熱容量を評価するために使用される定義された温度間隔 (°C 単位) を示しています。各ステップは、制御された加熱中に使用される範囲を表し、HFMの入力として使用する必要があります。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。

図1:吸湿脱着のセットアップ。 この図は、MBC の吸湿および脱着挙動をテストするために使用される実験セットアップを示しています。サンプルは、制御された温度と湿度の条件下に置かれました。セットアップの概要は定性的であるため、スケールバーは必要ありません。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:MBCの寸法の測定。 この図は、湿度サイクルの前後のMBCの寸法変化を測定する場所を示しています。測定は、バーニアノギスを使用して、サンプルごとに複数の等距離点 (n = 5) で長さ、ベース、および厚さを行いました (精度± 0.1 mm)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:撥水試験の表面分割。 この図は、体系的な水滴検査のために各サンプルを等距離の象限に細分化した方法を示しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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MBC制作
MBCは表面がほとんど白であるはずです。サンプルは、 図4および 図5のサンプルの構造、色、および均質性に似ている必要があります。

図4:適切なMBCの例 - サンプル 1。 表面の白色度レベルと均質性に基づいて構造的に適切であると分類されたMBC標本の画像。表面は無傷で均一で歪みがなく、高品質の MBC にとって理想的な外観を表してい...
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MBC の開発における重要なステップは産卵の準備であり、これは訓練を受けた検査技師によって厳格な無菌条件下で実行されなければなりません。このプロセスは汚染に敏感であり、無菌技術の高度なスキルが必要です。産卵の質は最終材料のコロニー形成効率と均質性に直接影響するため、生物学的安全性と実験室での取り扱いに関する適切なトレーニングが不可欠です。実験バッチ間で一貫性を維持するために、スポーン準備全体を 1 回のセッションで完了する必要があります。新鮮な菌糸体を含む完全にコロニー形成されたペトリ皿は、基質を通る菌糸体の成長速度に大きな影響を与えるため、不可欠です。種が異なれば成長速度も異なるため、選択した種の成長動態を事前に評価することが重要です。同じ種の系統間でも、成長行動に大きな違いが生じる可能性があります。不均一な平坦度や均質性の悪さは圧縮強度、疎水性、熱性能の測定に影響を与える可能性があるため、成形段階も重要です。熱試験の場合、HFMプレートとの正確な接触を確保するために、サンプルは平らで正確なサイズ(19.8〜20.5 cm2)でなければなりません...
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著者は利益相反を宣言せず、関連する開示も行っていません。
Mythicは、SIA Regio-orgaanが支援し、コンソーシアムとして実施された公的資金による研究プロジェクトです。すべてのプロジェクトの成果は、FAIRの原則(検索可能、アクセス可能、相互運用可能、再利用可能)に完全に適合しています。プロジェクト全体を通じて貴重な貢献、専門知識、協力をしてくださった以下のパートナーに心から感謝します。アルファベット順に:
アグロドーム BV、フレッド ヴァン デン バーグ。
アバンス応用科学大学 - カラット、シモーネ・ファン・デ・ブルック
FRAAi Architechten、リディア・フライエ
HZ応用科学大学、レナート・ゾーター
Impershield Europe B.V.、ウィレム・ケマーズ
モグ S.R.L.、アナリサ・モロ
ニーラウセン、ホルズル・スヴェインソン
Recell B.V.、Ymeフラッパー
Troldtekt B.V.、ジャニーン・ファン・カン
ユトレヒト大学、J.F. (Jordi) Pelkmans 博士と H.A.B. (Han) Wösten 教授
Verbruggen-paddestoelen B.V., ジョン・フェルブルッゲン
彼らの取り組みと協力は、この研究の開発と成功に貢献してきました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 L エルレンマイヤーフラスコ | Glazen-en-potten.nl | GT00148 | |
| 1リットル計量シリンダー | シグマ・オルドリッチ | 213905408 | |
| 50 mL 測定シリンダー | シグマ・オルドリッチ | Z740856 | Aldrich Essentialsの目盛りシリンダー、クラスAはDIN ISO 4788に準拠しています |
| 70%エタノール | ブームラボ | 8,00,12,02,72,500 | |
| オートクレーブ式バッグ | SacO2 | PPD75/REH6/V37*53 | |
| オートクレーブ | VWR | TUTT210001 | |
| オートクレーブテープ | シグマ・オルドリッチ | BR61750 | |
| 袋シーラー | プロフィパック | 101481 | モデルHC-300 |
| 校正規格Netzsch EPS 200mm | ネッツシュ | HFM446S0A95.001-00 | |
| セルロース | リセル | https://recell.eu/markets/#recell-compose | プロジェクトパートナーによる提供 |
| ガデルマ樹脂 | ウェステルダイク研究所 | CBS 194.76 | |
| 熱流量計(HFM) | ネッツシュ | https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1 | HFM 446 ラムダ スモール・エコライン |
| 加熱攪拌装置 | ラビンコ | 32000 | |
| ホライゾンソフトウェア | ホライゾン・ソフトウェア | https://www.tiniusolsen.com/product/horizon-software/ | UTM の運用用ソフトウェア; |
| 撥水性コーティング | インパーシールド・ヨーロッパ | https://impershield.eu/product/bioseal-mycelium/ | インパーシールド バイオシール菌糸体 |
| イメージJ | イメージJ | https://imagej.net/ij/ | 画像処理用のソフトウェア |
| 接種ループ | VWR | DIFC220217 | |
| キッチンスティックブレンダー | ボッシュ | MSM6M810 | |
| ラボブレンダー | Labowebshop(ラボウェブショップ) | AXMX1000XTEES | 2L ウォーリングラボブレンダー |
| 層流式エアフローフード(LAF) | MSEサプライズ | LS1309 | MSE PRO 43インチ幅の水平層流キャビネット |
| レベル | マヌータン | A830619 | ウォーターパス - Iビーム基本 - スタンリー |
| モルトエキスブロス粉末 | ブームラボ | 7,00,00,05,90,500 | |
| メディカリン | エコラボ | 3021760 | |
| マイクロピペット | シグマ・オルドリッチ | FA10006M | PIPETMAN P1000L マイクロピペット 金属排出 |
| 穴あきホイル | スカブロ | 414075 | |
| プロテウス・スマートモード 8.5 | ネッツシュ | https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1 | HFMの運用用ソフトウェア |
| 規模 | ヴェヴォル | https://www.vevor.nl/analytische-balans-c_11079/vevor-digitale-laboratoriumweegschaal-laboratorium-analytische-weegschalen-5000g-p_010521620455?lang=en&srsltid=AfmBOopchyZ-medHCTmpdHiqjXOtvV7xCOdhXZ VIKi9LowzUk6ibehSx | モデル HZ-B50002 |
| 基質 | グリーンポート・ウェスト・ホランド | - | プロジェクトパートナーが届けた菜種の藁。nbsp; |
| ユニバーサル試験機(UTM) | ティニウス・オルセン | https://www.tiniusolsen.com/product/model-50st/ | モデル50ST |
| バーニアキャリパー | シグマ・オルドリッチ | Z136115 |
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