Produção e Testes de Comportamento à Umidade e Propriedades Térmicas de Biocompósitos de Palha de Colza e Micélio de Ganoderma resinaceum

Resumo

Aqui, apresentamos uma metodologia otimizada para a produção de compósitos à base de micélio (MBCs) a partir de petroquímicos e materiais poluentes para aplicações de isolamento térmico. Para se tornar neutro em carbono e sustentável, materiais de base biológica e compostáveis, como o biocompósito de micélio, podem ser a solução. Para determinar se eles atendem aos padrões de construção, vários experimentos foram realizados.

Resumo

Esta pesquisa teve como objetivo atender à crescente demanda por materiais de construção sustentáveis, desenvolvendo biocompósitos de micélio como isolamento inovador de base biológica. Utilizando subprodutos residuais lignocelulósicos agrícolas locais ligados ao micélio, eles oferecem uma alternativa circular promissora aos materiais de base fóssil. Este manuscrito é uma visão condensada do projeto Mythic, focado na otimização de técnicas de crescimento e propriedades do material para garantir a viabilidade técnica.

Na fase de otimização do crescimento, um novo método de inoculação usando celulose recuperada, em vez de inoculantes à base de grãos de grãos, melhorou significativamente a velocidade de crescimento e a colonização do substrato, reduzindo os tempos de incubação e alinhando-se às necessidades de produção industrial.

A otimização das propriedades do material se concentrou nas propriedades térmicas, resistência ao fogo e comportamento da umidade - atributos-chave para materiais de isolamento. Os biocompósitos de micélio alcançaram valores de condutividade térmica de 0,034-0,039 W/m·K, comparáveis aos isoladores convencionais. As propriedades de comportamento à humidade são consideradas suficientes para a sua utilização como isolamento. As propriedades hidrofóbicas foram aprimoradas por meio de um revestimento, melhorando a durabilidade em condições úmidas. Essas inovações garantem que os biocompósitos de micélio atendam aos padrões da indústria para várias aplicações.

Introdução

Em 2022, a indústria da construção foi responsável por 21% das emissões globais de gases de efeito estufa e gerou 38,4% do total de resíduos na União Europeia ^1,2. Uma parte significativa desse impacto vem da produção e descarte de materiais de isolamento convencionais, como espumas de poliestireno expandido (EPS) e poliisocianurato (PIR). Esses materiais são de base petroquímica, consomem muita energia para produzir e apresentam riscos ambientais de longo prazo devido à baixa biodegradabilidade e ao alto carbono incorporado ^3,4.

Para enfrentar esses desafios, o presente estudo apresenta uma metodologia otimizada para a produção de compósitos à base de micélio (MBCs) para aplicações de isolamento térmico. O objetivo principal deste método é estabelecer uma abordagem reprodutível em escala de laboratório que possa ser dimensionada para contextos industriais, usando Ganoderma resinaceum (GR) cultivado em palha de colza (RS). Esta técnica é projetada para gerar um material de isolamento totalmente de base biológica, carbono negativo, com propriedades térmicas e reguladoras de umidade competitivas.

Os MBCs oferecem vantagens atraentes sobre o isolamento convencional. Eles são produzidos a partir de resíduos agrícolas, requerem uma entrada mínima de energia, atuam como um sumidouro de carbono durante sua vida útil e se decompõem naturalmente no estágio de fim de vida, tornando-os um forte candidato para sistemas de construção circulares ^5,6. Em comparação com outras alternativas de base biológica, como celulose ou cânhamo, os MBCs combinam de forma única baixa condutividade térmica com coesão estrutural e ajuste hidrofóbico, que pode ser alcançado por meio de técnicas de controle de crescimento e pós-processamento ^7,8.

A literatura mais ampla apóia cada vez mais a relevância dos MBCs. Revisões e estudos empíricos destacam sua adequação para isolamento térmico e acústico, sua adaptabilidade a diferentes pares substrato-fungo e seu potencial para produção modular ou in-situ em escalas arquitetônicas ^6,9,10. Por exemplo, MBCs GR-RS testados sob condições controladas demonstraram uma condutividade térmica de aproximadamente 0,045 W/m·K, uma capacidade térmica específica de 1800 J/kg· K, e uma resistência à compressão de até 0,5 MPa, indicando níveis de desempenho adequados para painéis de isolamento não estruturais em paredes e telhados ^6,7,8. Além disso, surgiram abordagens biomiméticas, enquadrando os MBCs como materiais de design responsivos na pesquisa arquitetônica¹¹. No entanto, garantir consistência mecânica e durabilidade em todas as escalas continua sendo uma área de pesquisa ativa¹².

A MNEXT lançou o projeto Mythic -- Materiais de micélio (Mytherials) para isolamento térmico na construção. Esta iniciativa expande as descobertas anteriores de que GR e RS formam uma combinação promissora para o desenvolvimento de MBC, com foco no refino das condições de crescimento, testes de materiais de acordo com os padrões ISO relevantes para a aplicação de isolamento e avaliação de parâmetros econômicos e de aceitação do usuário para aumento de escala futuro.

Essa técnica é particularmente relevante para pesquisadores, arquitetos e fabricantes que exploram materiais de construção de baixo impacto com um ciclo de vida circular. O método se concentra em aplicações de isolamento em paredes, telhados e pisos, onde a baixa densidade, a regulação térmica e o comportamento da umidade são cruciais. Os principais fatores contextuais incluem a disponibilidade local de substratos e espécies de fungos, a escalabilidade do processo de inoculação e crescimento e a conformidade com os padrões de desempenho do edifício. A metodologia inclui avaliação da condutividade térmica, capacidade térmica específica, resposta à umidade e repelência à água, permitindo que os usuários avaliem sua aplicabilidade com base nas condições ambientais e requisitos regulatórios.

Este manuscrito apresenta os resultados desse trabalho: um método em escala de laboratório, mas escalável, para a produção de MBCs GR-RS, incluindo parâmetros de crescimento otimizados e protocolos de teste de materiais. Embora o GR-RS seja o foco, o protocolo é adaptável a outras espécies e substratos de fungos, tornando-o relevante para geografias variadas e disponibilidade de matéria-prima. Embora o método seja eficaz em escala laboratorial ou piloto, outras adaptações podem ser necessárias para implementação em larga escala para garantir consistência e custo-benefício.

Protocolo

Os materiais, equipamentos, máquinas e software associado usados neste artigo estão listados na Tabela de Materiais. O protocolo é dividido em duas seções principais, produção de MBC e teste de material.

1. Produção MBC

1. Preparação de desova
   1. Dissolva 20 g de caldo de extrato de malte em pó em 1 L de água desmineralizada (ou 2 g por 100 mL de caldo) em um frasco Erlenmeyer de 1 L. Misturar o conteúdo no erlenmeyer com um agitador aquecido a 150 °C.
   2. Cobrir o balão com uma cápsula permeável, como uma gaze de algodão numa rolha de folha de alumínio, e autoclave a mistura a 121 °C durante 25 min. O caldo de extrato de malte (MEB) está pronto para uso.
      NOTA: Para cada etapa com uma autoclave, verifique o nível de água dentro da autoclave e do escapamento, garantindo que o nível de água esteja entre os níveis mínimo e máximo. Qualquer água adicionada à autoclave (ou qualquer água que entre na autoclave) deve ser desmineralizada para garantir a operação ideal, pois os minerais podem causar problemas na operação da máquina. Todos os itens autoclaváveis são marcados com fita indicadora de autoclave, que desenvolve listras pretas após a esterilização, confirmando que o processo de autoclavagem foi bem-sucedido. Sempre deixe o conteúdo esfriar até a temperatura ambiente (RT) antes de iniciar a próxima etapa.
   3. Adicione celulose em um saco autoclavável 1:1,32 por grama de celulose de água desmineralizada.
   4. Massageie os sacos manualmente por 2 min para garantir uma distribuição uniforme da água dentro da celulose.
   5. Rotule os sacos (meio de inóculo - tipo de fungo - data - peso - iniciais do pesquisador) e cole fita de autoclave no saco.
   6. Autoclave os sacos a 121 °C por 25 min, contendo celulose misturada com água.
   7. Quando o ciclo de autoclave terminar, coloque o(s) saco(s) de celulose na capela de fluxo de ar laminar (LAF) até esfriar.
      NOTA: Ao operar no LAF, manter uma esterilidade estrita é crucial. Os procedimentos realizados nesse ambiente são altamente sensíveis, e o manuseio inadequado pode aumentar significativamente as taxas de contaminação. Recomenda-se limpar o gabinete LAF e todos os itens a serem colocados dentro dele, limpando-os primeiro com uma solução medicarina (1 comprimido por 10 L de água), seguido de limpá-los com etanol 70%, antes e depois do procedimento.
   8. Use uma alça de inoculação estéril ou uma espátula estéril para cortar uma placa de Petri de 100 mm de diâmetro totalmente colonizada de GR em quatro seções iguais.
      NOTA: A placa GR é comprada como spawn mãe. A desova da mãe pode ser replicada no laboratório por um técnico de laboratório biológico; no entanto, o processo está fora do escopo deste manuscrito.
   9. Esterilize o copo do liquidificador de laboratório autoclavando-o a 121 °C por 25 min, antes de colocá-lo no LAF, limpe a parte externa com solução medicarina e etanol a 70%.
   10. Transfira duas secções para o copo do misturador de laboratório estéril e adicione 50 ml de MEB (preparado em 1.1.2).
   11. Coloque o copo no rotador e deixe funcionar em baixa velocidade por 30 s, certificando-se de que toda a placa de Petri foi adequadamente aparada inspecionando visualmente a mistura.
   12. Despeje a mistura de caldo inoculado no saco com a mistura de celulose + água autoclavada e massageie o conteúdo manualmente por 2 min.
   13. Transfira o saco para a câmara climática por 5 dias a 30 °C e 80% de umidade relativa (UR).
   14. Agite e massageie a bolsa suavemente por 2 min após 3 dias. Coloque de volta na incubadora. A desova está pronta após 5 ± 1 dias de crescimento.
2. Preparando substrato
   1. Coloque uma tigela ou balde vazio na balança e tara. Em seguida, transfira o substrato para o balde e registre o peso do substrato.
      NOTA: Recomenda-se não usar mais de 160 g por saco (530 mm x 370 mm) para garantir a esterilização adequada do conteúdo do saco. O uso de quantidades maiores pode exigir um tempo de esterilização mais longo devido à lenta penetração de calor em grandes volumes (ou maior relação volume-superfície).
   2. Pese a água a ser adicionada de acordo com a proporção 1,65:1 RS substrato: água desmineralizada e misture bem com as mãos ou, para quantidades maiores, um misturador de cimento.
   3. Coloque a mistura em saco(s) autoclavável(is).
   4. Feche o(s) saco(s) com um selador de sacos ou fita adesiva.
   5. Etiquete o(s) saco(s) (tipo de substrato - data - peso - iniciais) e cole fita adesiva de autoclave.
   6. Coloque o(s) saco(s) na autoclave e inicie o ciclo de 121 °C por 25 min.
3. Inoculação de substrato
   1. Retire os sacos da autoclave e coloque-os no gabinete LAF.
   2. Misturar a celulose inoculada com um liquidificador de cozinha na intensidade mais baixa (limpa com solução medicarina e etanol) durante 30 s para garantir dimensões homogéneas das partículas.
   3. Pesar a desova: 10% do peso total do substrato + água (peso úmido) com uma balança e despeje dentro do saco.
      NOTA: A desova de 10% pode variar dependendo das condições de esterilidade. Em condições de laboratório, 10% foi determinado como o melhor compromisso entre a quantidade de desova e a contaminação. Em condições de revezamento, quanto maior a quantidade de desova, menores os níveis de esterilidade/limpeza necessários para um crescimento adequado.
   4. Feche o saco com um selador ou fita adesiva e agite/massageie suavemente por 2 min para garantir uma distribuição uniforme.
   5. Rotule os sacos novamente (tipo de substrato - tipo de fungo - data - peso do substrato - peso de desova - iniciais).
4. Moldagem
   NOTA: Esta etapa pode ser realizada imediatamente após a inoculação do substrato ou dentro de cinco dias. Neste protocolo, é realizado imediatamente para acelerar o processo geral. Embora o tempo não afete o resultado final, após 5 dias o material torna-se difícil de moldar, pois tende a se unir firmemente.
   1. Limpe o molde para moldar o MBC com solução medicarina primeiro e depois etanol a 70% antes de colocá-lo sob o gabinete LAF.
      NOTA: Os moldes utilizados neste estudo são quadrados 200 mm x 200 mm x 50 mm, de acordo com as dimensões especificadas nas normas ISO para os ensaios previstos.
   2. Tara o molde na balança e enche-o com o substrato inoculado. Certifique-se de espalhar uniformemente o material pelo molde, deixando-o completamente plano.
   3. Registre o peso para garantir a mesma densidade de produção para o restante dos moldes, se aplicável.
   4. Corte a folha perfurada para cobrir a superfície superior dos moldes e limpe-a com solução medicarina e etanol a 70%.
   5. Cubra o molde com papel alumínio perfurado e prenda-o com fita adesiva.
   6. Rotule o molde (tipo de substrato - tipo de fungo - data - peso - iniciais).
   7. Colocar os moldes cheios na câmara climática a 25 °C e 80% HR durante 7 ± 1 dias.
   8. Após 3 dias de crescimento, retire as amostras do molde no LAF, vire-as suavemente em 180° (de cabeça para baixo) e cubra novamente os moldes com a folha perfurada.
5. Desativação e secagem
   1. Inspecione visualmente o crescimento das amostras observando a colonização uniforme do micélio e o grau de brancura.
   2. Após crescimento suficiente, geralmente 7 ± 1 dias, desenformar a amostra e o crescimento desativado e secar, colocando-a no forno a 65 °C por 24 h e coloque papel manteiga por baixo para absorver a umidade e evitar que grude na superfície do forno.
      NOTA: Se secar um painel maior, coloque um peso em cima para evitar empenamento (com papel manteiga no meio). Considere que, para painéis grossos, serão necessárias mais de 24 h de secagem. Para verificar se a amostra está completamente seca, monitore seu peso durante a secagem no forno. A amostra pode ser considerada seca quando a mudança de peso for inferior a 0,1% em um período de 24 horas.
   3. Coloque a(s) etiqueta(s) do saco perto das amostras no forno ou cole a fita adesiva na amostra.
   4. Pese a amostra no final do processo de secagem e etiquete-a (tipo de substrato - tipo de fungo - data - peso - iniciais).
6. Pós-produção
   1. Adicione uma camada hidrofóbica aplicando uniformemente 10 mL usando um spray de baixa pressão e deixe secar por 24 h em um espaço ventilado.
   2. Mergulhe a amostra em 50 mL do revestimento para aplicar uma segunda camada e deixe secar por mais 24 h em um espaço ventilado.
   3. Pese a amostra usando uma balança e adicione o tipo de revestimento e o peso final ao rótulo.

2. Teste de material

NOTA: Suplementar files, incluindo capturas de tela passo a passo, são fornecidos para o uso do software tanto nas propriedades térmicas (Suplementar File 1) quanto nas medições de resistência à compressão (Supplementary File 2). As amostras para o ensaio são todas condicionadas a uma temperatura ambiente constante (23 ± 5) °C e 50 ± 20% de humidade relativa durante 48 h antes do ensaio.

1. Medição da condutividade térmica
   NOTA: Nesta pesquisa, a condutividade térmica e a capacidade térmica específica foram medidas usando um medidor de fluxo de calor (HFM) baseado na norma NEN-EN ISO 8301, que se destina especificamente a determinar as propriedades térmicas de materiais de isolamento¹³.
   1. Inicie o software HFM e clique com o botão esquerdo do mouse na guia Autocalibração .
   2. Clique com o botão esquerdo do mouse no botão de calibração HFT .
   3. Insira os dados básicos e configure os pontos de ajuste na tabela. Defina a temperatura da placa superior para 17.5 °C e a temperatura da placa inferior para 2.5 °C, resultando em uma temperatura média de 10 °C.
   4. Clique com o botão esquerdo do mouse em Descrição da referência . Pese e meça o padrão de calibração Netzsch EPS 200 mm e insira-o no software.
   5. Coloque a peça EPS no HFM, feche a porta e clique com o botão esquerdo para marcar o ponto de ajuste de carga em 2.1 kPa e, em seguida, clique com o botão esquerdo no botão Iniciar .
      NOTA: Assim que a estabilidade for alcançada, a calibração e o teste serão interrompidos automaticamente.
   6. No software HFM, clique com o botão esquerdo no botão Assistentes e, em seguida, clique com o botão esquerdo em Teste de condutividade térmica.
   7. Insira os dados básicos e a descrição da amostra. Defina os mesmos valores que 2.1.3 na tabela de pontos de ajuste. Use o medidor de espessura embutido para medir a espessura da amostra.
      NOTA: Ao inserir os dados básicos, certifique-se de alterar a ID da amostra, o nome do arquivo e o destino por amostra
   8. Coloque a amostra de MBC no HFM e feche a porta, certificando-se de manter a amostra centralizada.
   9. Selecione a calibração realizada anteriormente e clique com o botão esquerdo para marcar o ponto de ajuste de carga em 2.1 kPa e, em seguida, clique com o botão esquerdo no botão Iniciar .
2. Medição da capacidade térmica específica
   1. Clique com o botão esquerdo no botão Autocalibração .
   2. Clique com o botão esquerdo no botão Empty Stack Correction .
   3. Insira os dados básicos, defina a temperatura de três etapas mostrada na Tabela 1 e insira a placa com 0.25 cm de espessura. Em seguida, pressione Iniciar.
   4. Quando a calibração da pilha vazia estiver concluída, clique com o botão esquerdo no botão Assistentes e, em seguida, clique com o botão esquerdo em Teste de Calor Específico.
   5. Coloque a amostra de MBC dentro do HFM e feche a porta.
   6. Insira os dados básicos e a descrição da amostra. Use o medidor de espessura embutido para medir a espessura da amostra.
   7. Defina os mesmos valores de 2.2.3 na tabela de pontos de ajuste e selecione a calibração da pilha vazia realizada anteriormente. Clique com o botão esquerdo para marcar o ponto de ajuste de carga em 2.1 kPa e, em seguida, clique com o botão esquerdo no botão Iniciar .
   8. Acesse os dados por exemplo clicando com o botão esquerdo do mouse no botão Relatórios .
3. Absorção/dessorção de umidade
   NOTA: A norma, ISO 23327:2021, é relevante para materiais de isolamento¹⁴.
   1. Prepare uma caixa d'água cheia de um quarto com água, conforme mostrado na Figura 1. Coloque três tiras de fita plástica para manter a amostra na posição, garantindo que ela permaneça suspensa e não entre em contato com a água. A configuração é semelhante à Figura 1.
   2. Pré-condicione a caixa de plástico em uma sala a uma temperatura de 23 ± 5 °C e aguarde 24 h antes de iniciar os experimentos.
   3. Após 24 h, coloque a amostra em cima da fita plástica.
   4. Nos intervalos de 0 h (antes do experimento), 0,5 h, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h, 24 h e 48 h, retire a amostra de CBM da caixa, pese-a em uma balança e meça suas dimensões de acordo com a Figura 2. Depois de pesado, coloque dentro da caixa novamente e feche a tampa.
      NOTA: Seja o mais rápido possível na etapa de pesagem e medição para evitar a perda de umidade.
   5. Após 48 h, retirar a amostra da caixa e colocá-la numa câmara climática a 25 °C e 40% de humidade relativa.
   6. Nos mesmos intervalos que o ponto 2.3.5, pesar a amostra para determinar a perda de peso.
   7. Após 48 h o experimento é finalizado e as curvas são produzidas: absorção/dessorção em peso (kg), em relação ao tempo (h) e estabilidade dimensional (%) em relação ao tempo (h).
   8. Calcule a variação de massa (%) por:
      
      M0 é a massa inicial da amostra
      Mf é a massa final após o ensaio de absorção
   9. Calcule a média de cada dimensão: comprimento (), base () e espessura () em cada intervalo.
      Para cada dimensão:
      
      
      
      n é o número de medições
      l_i, _{b i}, t_i = valores individuais medidos
   10. Calcule a mudança dimensional (%) em cada intervalo usando a fórmula.
       
       é l, b ou t.
   11. Calcular o volume inicial (cm³) e a cada intervalo.
       
       
   12. Calcular a variação dimensional volumétrica (V%) em cada intervalo.
       
4. Resistência à compressão (comportamento à umidade)
   NOTA: O teste de resistência à compressão de deformação de 10% seguindo a norma ISO 29469 foi usado, pois se destina a materiais de isolamento¹⁵. Foi utilizada a configuração da máquina universal de ensaios (UTM) com placas de compressão quadradas (250 mm x 250 mm). Esta máquina permite uma ampla gama de testes mecânicos, incluindo testes de compressão, tensão e cisalhamento. A resistência à compressão é medida quando seco, úmido e pós-seco para entender o comportamento da umidade dos MBCs.
   1. Meça as dimensões da amostra MBC usando um paquímetro, conforme Figura 2.
   2. Coloque a amostra no UTM, centralizado acima da placa de compressão inferior.
   3. Ligue o UTM primeiro e, em seguida, inicie o software. Siga esta ordem; caso contrário, a máquina não se conectará corretamente e permanecerá no modo de demonstração.
   4. No software UTM, clique com o botão esquerdo do mouse na guia Ferramentas da Biblioteca e clique com o botão esquerdo na subguia Métodos da Biblioteca .
   5. Procure por Iso 29469 na ferramenta de pesquisa , clique com o botão direito do mouse no padrão e pressione Editar método.
      NOTA: Nem todas as bibliotecas de software UTM têm esse padrão. A configuração deste teste requer a configuração dos segmentos UTM para uma velocidade de 5 mm/min e a definição do limite da experimentação para 10% de deformação (10% da espessura inicial da amostra).
   6. Pressione Iniciar experimento no software UTM.
   7. Calcule 10% de resistência à compressão em Pascals (Pa) (σ₁₀) usando a fórmula:
      
      F₁₀ é a força a 10% de deformação, em Newtons (N)
      A₀ é a área da seção transversal inicial da amostra, em metros quadrados (m²).
   8. Calcule o módulo de compressão em Pa.
      
      Δσ é a mudança na resistência à compressão, em Pa.
      Δε é a mudança na deformação, em %.
   9. Condicionar as novas amostras na caixa de água da figura 1 durante 24 h e repetir os passos 2.4.1 a 2.4.8 para as amostras húmidas.
      NOTA: Condicionar as amostras suplementares na caixa de água a partir do ponto 2.4.9 para depois secá-las para utilização no ponto 2.4.10.
   10. Transferir amostras húmidas não testadas para uma estufa a 50 °C durante 12 h e com ventilação por ventoinha e, em seguida, repetir os passos 2.4.1 a 2.4.8 para as amostras pós-secas.
5. Repelência à água
   1. Prepare uma solução misturando 9 mL de água com 1 mL de corante de água vermelho usando um cilindro medidor de 10 mL. Misture bem com uma colher.
   2. Divida a superfície da amostra em quatro quadrantes, conforme mostrado na Figura 3, usando um pedaço fino de fita adesiva ou uma caneta hidrográfica fina.
   3. Meça 100 μL da água tingida de vermelho usando uma micropipeta e coloque uma gota em cada quadrante da amostra. Certifique-se de que a gota seja colocada em uma área de superfície plana em cada quadrante.
      NOTA: Certifique-se de que a gota seja liberada em um único movimento; caso contrário, pode perturbar a tensão superficial e dar um resultado inválido. Se a gota se dispersar neste volume, use 50 μL e observe a mudança.
   4. Com uma câmera segurada por tripé no nível dos olhos com a superfície superior da amostra, tire uma foto de cada gota.
   5. Usando um software de processamento de imagem de código aberto, meça o ângulo de contato em ambos os lados de cada gota. Calcule o ângulo de contato médio usando a fórmula:
      
   6. Depois de medir todos os quatro quadrantes, calcule o ângulo de contato médio geral para a amostra usando:
      

Tabela 1: Temperaturas do degrau para capacidade térmica específica. Esta tabela lista os intervalos de temperatura definidos (em °C) usados para avaliar a capacidade térmica específica das amostras MBC. Cada etapa representa uma faixa usada durante o aquecimento controlado e deve ser usada como entrada para o HFM. Clique aqui para baixar esta tabela.

Figura 1: Configuração de absorção-dessorção de umidade. Este diagrama mostra a configuração experimental usada para testar o comportamento de absorção e dessorção de umidade dos MBCs. As amostras foram colocadas sob condições controladas de temperatura e umidade. Nenhuma barra de escala é necessária, pois a visão geral da configuração é qualitativa. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Dimensões de medição de MBCs. O diagrama mostra onde medir as mudanças dimensionais em MBCs antes e depois do ciclo de umidade. As medições foram feitas em vários pontos equidistantes por amostra (n = 5) para comprimento, base e espessura com um paquímetro (precisão ± 0,1 mm). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Divisão de superfície para testes de repelência à água. Este diagrama ilustra como cada amostra foi subdividida em quadrantes equidistantes para testes sistemáticos de gotículas de água. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Resultados

Produção MBC
O MBC deve ser principalmente branco na superfície. A amostra deve se assemelhar à estrutura, cor e homogeneidade das amostras na Figura 4 e na Figura 5.

Figura 4: Exemplo de CBM adequada - Amostra 1. Imagem de um espécime MBC categorizado como estruturalmente adequado com base no nível de brancura e homogeneidade na superfície. A superfície parece intacta, uniforme e sem distorções, representando a aparência ideal para um MBC de alta qualidade. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Exemplo de CBM adequada - Amostra 2. Outro exemplo de um MBC classificado como estruturalmente adequado. Este espécime exibe uma aparência ligeiramente mais acinzentada no lado esquerdo, indicando crescimento reduzido de micélio nessa área. Embora ligeiramente crescido e menos ideal do que o primeiro exemplo, ele permanece funcional e atende aos critérios de adequação. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Por outro lado, o MBC não deve ter cores diferentes, como amarelo brilhante, preto ou verde, pois isso mostra contaminação. Não deve ser escamoso nem mal distribuído (não homogêneo). Também não deve ser cinza/vermelho, pois isso mostra que a amostra cresceu demais. Estes são sinais de que o material não foi bem produzido. Exemplos de amostras não aceitáveis são ilustrados na Figura 6, Figura 7 e Figura 8.

Figura 6: Exemplo de CBM não adequada - Amostra 1. Este espécime exibe contaminação severa com crescimento de mofo verde, laranja e preto. Embora essa contaminação extensa seja incomum, ela ilustra os riscos associados a condições de trabalho não estéreis. Este MBC não é adequado para uso e deve ser descartado com segurança. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7: Exemplo de CMM não adequado - Amostra 2. Esta imagem mostra um MBC crescido, mostrando uma aparência mais acinzentada e formação de cogumelos em sua superfície. Devido ao crescimento excessivo de fungos (envelhecimento), a amostra torna-se quebradiça, portanto, inadequada para aplicação e deve ser descartada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 8: Exemplo de CBM não adequada - Amostra 3. Esta imagem mostra um MBC com crescimento superficial heterogêneo. Áreas de fibra não colonizada permanecem expostas na superfície, resultando em uma textura escamosa e derramamento de fibras. Devido a essas inconsistências estruturais, a amostra é inadequada para uso e deve ser descartada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Propriedades do material
Condutividade térmica
Os resultados da condutividade térmica são mostrados na Tabela 2.

Tabela 2: Resultados de condutividade térmica de compósitos à base de micélio. Valores medidos de condutividade térmica (W/m·K) para várias amostras MBC sob condições controladas. A tabela apresenta valores médios calculados e desvios padrão, fornecendo informações sobre a consistência do desempenho térmico entre as amostras. Clique aqui para baixar esta tabela.

O teste é considerado negativo se os resultados não corresponderem aos resultados esperados para um material de isolamento, considerado acima de 0.1 W/m K.

Capacidade calorífica específica
Os resultados obtidos para a capacidade calorífica específica são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3: Resultados da capacidade térmica específica. Esta tabela apresenta a capacidade calorífica específica (J/g· K) medido em várias etapas de temperatura. Os resultados são apresentados como médias ± desvio padrão, com cada valor derivado de três repetições. Clique aqui para baixar esta tabela.

Absorção/dessorção de umidade
Estes são os resultados obtidos na investigação e são ilustrados na Tabela 4.

Tabela 4: Desempenho de absorção e dessorção de umidade. Dados sobre a absorção de umidade (%) e liberação de amostras de MBC após exposição a ciclos de umidade. Inclui massa inicial, massa saturada e teor de umidade residual. Clique aqui para baixar esta tabela.

Os resultados são considerados inválidos se a amostra for contaminada, entrar em contato direto com a água ou (parcialmente) quebrar/lascar durante o teste, causada por uma amostra defeituosa. Caso contrário, se o valor de absorção diminuir com o tempo, ou se o valor de dessorção aumentar com o tempo, isso é considerado um resultado negativo e pode ser causado pelo fato de a caixa d'água não estar devidamente fechada.

Resistência à compressão
A resistência à compressão quando seco, úmido e pós-seco é mostrada na Tabela 5, Figura 9e Figura 10.

Tabela 5: Resultados do teste de compressão. Dados de resistência à compressão (kPa e MPa) nos níveis de deformação de 10% e 100%, juntamente com a densidade do material (kg/m³). Os resultados correspondem aos tipos secos, úmidos e pós-secos e configurações de amostra. Clique aqui para baixar esta tabela.

Figura 9: Gráfico 10% de resistência à compressão. Este gráfico de barras apresenta a resistência à compressão (kPa) medida a 10% de deformação para diferentes formulações de MBC. As barras de erro representamo desvio padrão (n=3). Os resultados destacam a variação do desempenho mecânico em diferentes condicionamentos de umidade. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 10: Correlação entre resistência à compressão e densidade. Gráfico de dispersão mostrando a relação entre a resistência à compressão (kPa) a 10% de deformação e a densidade do material (kg/m³). Uma tendência positiva indica que amostras mais densas tendem a exibir maior resistência à compressão. Cada ponto representa a média das medições por condicionamento de umidade, com barras de erro mostrando desvio padrão (n=3) na densidade e 10% de resistência à compressão. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

O teste de resistência à compressão é considerado negativo quando o resultado é inferior a 10 kPa para 10% de resistência à compressão quando seco e pós-seco, e abaixo de 5 kPa quando úmido. Ou seja, inferior a 30% dos resultados obtidos na investigação. Se a resistência à compressão diminuir com o tempo, a amostra pode ter cedido; Se isso acontecer antes de 10% de tensão, o resultado será inválido.

Teste de repelência à água
Os resultados dos testes de repelência à água são mostrados na Tabela 6.

Tabela 6: Resultados dos testes de repelência à água. Foram testados resultados de amostras não revestidas e amostras com até quatro camadas de revestimento (C1-C4). O ângulo de contato (°) foi medido para avaliar a hidrofobicidade. Inclui ângulos de incidência e de contato, com classificação em comportamento hidrofóbico ou hidrofílico. Clique aqui para baixar esta tabela.

O resultado do teste de repelência à água só é considerado negativo se a superfície onde o MBC é colocado não for plana. Se o ângulo da gota de água for superior a 90°, a superfície da amostra é considerada hidrofóbica; inferior a 90° significa que a amostra é hidrofílica.

Arquivo suplementar 1: Capturas de tela das etapas do software HFM. Clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo suplementar 2: Capturas de tela das etapas do software UTM Clique aqui para baixar este arquivo.

Discussão

Um passo fundamental no desenvolvimento de MBCs é a preparação da desova, que deve ser realizada sob condições estéreis estritas por um técnico de laboratório treinado. Este processo é sensível à contaminação e requer um alto nível de habilidade em técnicas assépticas. O treinamento adequado em segurança biológica e manuseio laboratorial é essencial, pois a qualidade da desova afeta diretamente a eficiência da colonização e a homogeneidade do material final. Toda a preparação da desova deve ser concluída em uma única sessão para manter a consistência entre os lotes experimentais. Uma placa de Petri totalmente colonizada com micélio fresco é essencial, pois influencia significativamente a taxa de crescimento do micélio através do substrato. Como diferentes espécies apresentam taxas de crescimento variadas, é importante avaliar antecipadamente a dinâmica de crescimento das espécies escolhidas. Mesmo entre cepas da mesma espécie, podem ocorrer diferenças substanciais no comportamento de crescimento. A fase de moldagem também é crítica, pois o nivelamento irregular e a baixa homogeneidade podem afetar a resistência à compressão, a hidrofobicidade e as medições de desempenho térmico. Para testes térmicos, as amostras devem ser planas e dimensionadas com precisão (19,8-20,5 cm²) para garantir um contato preciso com as placas HFM. As amostras que não satisfazem estes critérios devem ser excluídas dos ensaios.

Várias adaptações e medidas de solução de problemas foram necessárias para acomodar as propriedades exclusivas dos MBCs. Durante o teste de resistência à compressão, é necessário levar em conta a irregularidade inerente da amostra, a espessura foi medida em seis pontos diferentes em cada amostra e calculou a média, e a força de pré-carga (~ 100 N) foi aplicada de forma consistente em todas as amostras. Para as medidas do ângulo de contato, o padrão ASTM D5946 foi adaptado substituindo o tensiômetro óptico por uma configuração mais acessível usando uma micropipeta, câmera montada em tripé e software de análise de imagem¹⁶. Para garantir a reprodutibilidade, a superfície do CBM foi medida como plana usando um nível e a câmera foi alinhada perpendicularmente à amostra. A solução de problemas também abordou problemas de contaminação, uma ocorrência comum em compósitos biológicos. Sinais visuais de contaminação - como descoloração brilhante, colonização irregular ou texturas viscosas - foram usados como critérios de exclusão. As amostras suspeitas de contaminação foram manuseadas em um gabinete de fluxo laminar, descartadas com segurança após a autoclavagem, e os moldes foram desinfetados com etanol e esterilização UV.

Apesar da robustez do protocolo, existem limitações. O crescimento do MBC é altamente sensível aos níveis de umidade do substrato, distribuição de desova e tempo de desativação¹⁷. Além disso, sua natureza como organismos vivos complexos torna mais desafiador alcançar a homogeneidade material. Amostras crescidas tendem a se tornar quebradiças e escuras (vermelho / marrom), enquanto as crescidas permanecem escamosas e estruturalmente fracas. O controle de umidade durante o teste de dessorção também pode representar desafios, pois a condensação ou ambientes mal vedados podem resultar em contaminação microbiana.

Métodos alternativos de análise térmica, como o método de placa quente protegida ou caixa quente, também podem ser usados para medir o fluxo de calor através do material. O uso de um HFM neste estudo fornece um equilíbrio entre precisão e viabilidade para pesquisa de materiais de base biológica em menor escala. O protocolo também melhora os estudos anteriores de micélio, integrando medidas quantitativas de propriedades mecânicas e de superfície, permitindo assim um perfil de desempenho mais abrangente para aplicações de construção⁷.

Este protocolo fornece uma base para uma maior exploração de MBCs em várias aplicações, particularmente em arquitetura e embalagem sustentáveis. Trabalhos futuros podem envolver a automação da mistura de desova e enchimento de moldes para melhorar a escalabilidade, bem como técnicas avançadas de imagem para monitorar a colonização em tempo real. A integração de nanomateriais ou biopolímeros no substrato pode aumentar a resistência ao fogo, a repelência à água ou a resistência mecânica. Além disso, adaptar o protocolo para trabalhar com quaisquer fluxos locais de resíduos agrícolas pode ampliar seu uso em diferentes regiões geográficas. A natureza modular e de baixo consumo de energia dessa técnica a torna particularmente adequada para modelos de produção descentralizados e práticas de construção circular¹².

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
1 L frasco Erlenmeyer	Glazen-en-potten.nl	GT00148
Cilindro medidor de 1 L	Sigma-Aldrich	213905408
Cilindro medidor de 50 mL	Sigma-Aldrich	Z740856	Cilindro graduado Aldrich Essentials, classe A, atende à norma DIN ISO 4788
70% etanol	Boomlab	8,00,12,02,72,500
Bolsa autoclavável	SacO2	PPD75/REH6/V37*53
Autoclave	VWR	TUTT210001
Fita de autoclave	Sigma-Aldrich	BR61750
Selador de sacola	Profipack	101481	Modelo HC-300
Padrão de calibração Netzsch EPS 200 mm	Netzsch	HFM446S0A95.001-00
Celulose	Recell	https://recell.eu/markets/#recell-compose	Entregue por um parceiro do projeto
Ganoderma resinaceum	Westerdijk Instituut	CBS 194.76
Medidor de fluxo de calor (HFM)	Netzsch	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	HFM 446 Lambda Small Eco-line
Dispositivo de agitação aquecida	Labinco	32000
Software Horizon	Horizon Software	https://www.tiniusolsen.com/product/horizon-software/	Software para operar UTM
Revestimento hidrofóbico	Impershield Europa	https://impershield.eu/product/bioseal-mycelium/	Micélio BioSeal Impershield
ImageJ	ImageJ	https://imagej.net/ij/	Software para processamento de imagens
Anéis de inoculação	VWR	DIFC220217
Liquidificador de cozinha	Bosch	MSM6M810
Misturador de laboratório	Labowebshop	AXMX1000XTEES	Liquidificador de laboratório Waring 2L
Exaustor de fluxo de ar laminar (LAF)	MSE Supplies	LS1309	MSE PRO 43" Largura do gabinete de fluxo laminar horizontal
Nível	Manutan	A830619	waterpas - I-beam básico - Stanley
Pó de caldo de extrato de malte	BoomLab	7,00,00,05,90,500
Medicarina	Ecolab	3021760
Micropipeta	Sigma-Aldrich	FA10006M	Micropipeta PIPETMAN P1000L Ejeção de Metal
Folha perfurada	Scabro	414075
Proteus SmartMode 8.5	Netzsch	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	Software para operar HFM
Escala	VEVOR	https://www.vevor.nl/analytische-balans-c_11079/vevor-digitale-laboratoriumweegschaal-laboratorium-analytische-weegschalen-5000g-p_010521620455?lang=en&srsltid=AfmBOopchyZ-medHCTmpdHiqjXOtvV7xCOdhXZ VIKi9LowzUk6ibehSx	Modelo HZ-B50002
Substrato	Greenport West-Holland	-	Palha de colza entregue pelo parceiro do projeto.
Máquina universal de teste (UTM)	Tinius Olsen	https://www.tiniusolsen.com/product/model-50st/	Modelo 50ST
Pinça vernier	Sigma-Aldrich	Z136115