Nachhaltiges Leder, Garn und Papier – von br

Amerikanische Chemische Gesellschaft

Bild: Pilzfasern können zu Garn (links) oder einem Lederersatz (rechts) verarbeitet werden.mehr sehen

Bildnachweis: Akram Zamani

SAN DIEGO, 23. März 2022 – Ihre nächste trendige Handtasche könnte aus „Leder“ bestehen, das aus einem Pilz hergestellt wurde. Heute beschreiben Forscher, wie sie diesen Organismus genutzt haben, um Lebensmittelabfälle in nachhaltiges Kunstleder sowie Papierprodukte und Baumwollersatzstoffe umzuwandeln, deren Eigenschaften mit denen traditioneller Materialien vergleichbar sind. Sie erklären, dass die Herstellung dieses Pilzleders weniger Zeit in Anspruch nimmt als bereits auf dem Markt erhältliche Ersatzstoffe und im Gegensatz zu einigen anderen zu 100 % biobasiert ist.

Ihre Ergebnisse werden die Forscher heute auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society (ACS) vorstellen. ACS Spring 2022 ist ein hybrides Treffen, das vom 20. bis 24. März virtuell und persönlich stattfindet und vom 21. März bis 8. April On-Demand-Zugang bietet. Das Treffen bietet mehr als 12.000 Präsentationen zu einem breiten Spektrum wissenschaftlicher Themen.

Baumwolle ist Mangelware und ebenso wie erdölbasierte Textilien und Leder ist ihre Produktion mit Umweltbedenken verbunden. Gleichzeitig werden viele Lebensmittel verschwendet. Akram Zamani, Ph.D., machte sich daran, diese scheinbar unabhängigen Probleme mit neuen biobasierten, nachhaltigen Materialien aus Pilzen zu lösen. „Wir hoffen, dass sie Baumwolle oder synthetische Fasern und Tierleder ersetzen können, die negative ökologische und ethische Aspekte haben können“, sagt Zamani, der Hauptforscher des Projekts. „Bei der Entwicklung unseres Verfahrens haben wir darauf geachtet, keine giftigen Chemikalien oder andere Dinge zu verwenden, die der Umwelt schaden könnten.“

Genau wie Menschen müssen Pilze essen. Um die Organismen zu ernähren, sammelte das Team unverkauftes Supermarktbrot, trocknete es und zermahlte es zu Semmelbröseln. Die Forscher mischten die Semmelbrösel in einem Pilotreaktor mit Wasser und fügten Sporen von Rhizopus delemar hinzu, die typischerweise auf verwesenden Lebensmitteln zu finden sind. Während dieser Pilz sich vom Brot ernährte, produzierte er mikroskopisch kleine Naturfasern aus Chitin und Chitosan, die sich in seinen Zellwänden ansammelten. Nach zwei Tagen sammelten die Wissenschaftler die Zellen und entfernten Lipide, Proteine ​​und andere Nebenprodukte, die in Lebens- oder Futtermitteln verwendet werden könnten. Der verbleibende geleeartige Rückstand, bestehend aus den faserigen Zellwänden, wurde dann zu Garn gesponnen, das in Nähten oder wundheilenden Textilien und vielleicht in Kleidung verwendet werden konnte.

Alternativ wurde die Pilzzellsuspension flach ausgelegt und getrocknet, um papier- oder lederähnliche Materialien herzustellen. Die ersten Prototypen von Pilzleder, die das Team herstellte, waren dünn und nicht flexibel genug, sagt Zamani von der Universität Borås in Schweden. Jetzt arbeitet die Gruppe an dickeren Versionen, die aus mehreren Schichten bestehen, um echtes Tierleder besser nachzuahmen. Zu diesen Verbundwerkstoffen gehören Schichten, die mit aus Bäumen gewonnenen Tanninen behandelt wurden – die der Struktur Weichheit verleihen – kombiniert mit alkalibehandelten Schichten, die ihr Festigkeit verleihen. Auch Flexibilität, Festigkeit und Glanz wurden durch die Behandlung mit Glycerin und einem biobasierten Bindemittel verbessert. „Unsere jüngsten Tests zeigen, dass das Pilzleder mechanische Eigenschaften hat, die durchaus mit denen von echtem Leder vergleichbar sind“, sagt Zamani. Beispielsweise ist der Zusammenhang zwischen Dichte und Elastizitätsmodul, der die Steifigkeit misst, für beide Materialien ähnlich.

Während einige andere Pilzleder bereits auf den Markt gekommen sind, wurden laut Zamani nur wenige Informationen über ihre Herstellung veröffentlicht und ihre Eigenschaften entsprechen noch nicht denen von echtem Leder. Soweit sie weiß, werden die kommerziellen Produkte aus geernteten Pilzen oder aus Pilzen hergestellt, die mittels Festphasenfermentation in einer dünnen Schicht auf Lebensmittelabfällen oder Sägemehl wachsen. Solche Methoden benötigen mehrere Tage oder Wochen, um genügend Pilzmaterial zu produzieren, stellt sie fest, während ihr Pilz in Wasser getaucht wird und nur ein paar Tage braucht, um die gleiche Menge an Material herzustellen. Einige andere Forscher experimentieren ebenfalls mit der Unterwasserkultivierung, allerdings in einem viel kleineren Maßstab als die Bemühungen ihrer Gruppe.

Darüber hinaus enthalten einige der auf dem Markt befindlichen Pilzleder umweltschädliche Beschichtungen oder Verstärkungsschichten aus synthetischen Polymeren auf Erdölbasis, beispielsweise Polyester. Das steht im Gegensatz zu den Produkten des Teams der Universität Borås, die ausschließlich aus natürlichen Materialien bestehen und daher biologisch abbaubar sein werden, erwartet Zamani.

Ihr Team arbeitet daran, ihre Pilzprodukte weiter zu verfeinern. Sie haben kürzlich auch damit begonnen, andere Arten von Lebensmittelabfällen zu testen, darunter Obst und Gemüse. Ein Beispiel ist die Masse, die beim Pressen von Saft aus Früchten übrig bleibt. „Anstatt weggeworfen zu werden, könnte es für die Pilzzucht genutzt werden“, sagt Zamani. „Wir beschränken uns also nicht auf Brot, denn hoffentlich kommt der Tag, an dem es keine Brotverschwendung mehr gibt.“

Die Forscher danken Vinnova für die Unterstützung und Finanzierung. Ein Video zu Zamanis Forschung ist hier von der Universität Borås verfügbar.

Eine aufgezeichnete Medienbesprechung zu diesem Thema wird am Mittwoch, 23. März, um 10 Uhr Eastern Time unter www.acs.org/acsspring2022briefings veröffentlicht.

ACS Spring 2022 wird eine Veranstaltung mit Impfpflicht und Maskenpflicht für alle Teilnehmer, Aussteller, Verkäufer und ACS-Mitarbeiter sein, die eine persönliche Teilnahme in San Diego, Kalifornien, planen. Ausführliche Informationen zu dieser Anforderung und allen ACS-Sicherheitsmaßnahmen finden Sie auf der ACS-Website.

Die American Chemical Society (ACS) ist eine vom US-Kongress gegründete gemeinnützige Organisation. Die Mission von ACS besteht darin, das gesamte Chemieunternehmen und seine Praktiker zum Wohle der Erde und aller ihrer Menschen voranzutreiben. Die Gesellschaft ist weltweit führend bei der Förderung exzellenter naturwissenschaftlicher Bildung und der Bereitstellung von Zugang zu chemiebezogenen Informationen und Forschungsergebnissen durch ihre zahlreichen Forschungslösungen, peer-reviewten Zeitschriften, wissenschaftlichen Konferenzen, E-Books und die wöchentliche Nachrichtenzeitschrift Chemical & Engineering News. ACS-Zeitschriften gehören zu den am häufigsten zitierten, vertrauenswürdigsten und meistgelesenen Fachzeitschriften in der wissenschaftlichen Literatur; ACS selbst betreibt jedoch keine chemische Forschung. Als führender Anbieter wissenschaftlicher Informationslösungen arbeitet die CAS-Abteilung mit globalen Innovatoren zusammen, um Durchbrüche durch die Kuratierung, Verknüpfung und Analyse des wissenschaftlichen Wissens der Welt zu beschleunigen. Die Hauptbüros von ACS befinden sich in Washington, D.C. und Columbus, Ohio.

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TitelNachhaltige Pilztextilien und papierähnliche Materialien aus Lebensmittelabfällen

Abstrakt Der Mangel an Baumwolle und Umweltbedenken bei erdölbasierten Textilien haben zu einer großen Nachfrage nach nachhaltigen Alternativen geführt. Gleichzeitig verursachen Lebensmittelverschwendung enorme wirtschaftliche und ökologische Verluste. Diese Forschung stellt einen neuartigen Ansatz für die Wiederverwendung von Lebensmittelabfällen durch deren Bioumwandlung in Textilmaterialien vor. Der Fadenpilz Rhizopus delemar wurde auf Lebensmittelabfällen in einem Airlift-Bioreaktor in einem skalierbaren Unterwasserkultivierungsprozess gezüchtet. Die Zellwand des Myzels, die Chitin und Chitosan enthält, wurde aus der geernteten Pilzbiomasse isoliert und einem Nassspinnverfahren unterzogen, um die Pilzmikrofasern auszurichten und Monofilamentgarne zu entwickeln. Aus Sicht der mechanischen Festigkeit betrugen die höchste Zugfestigkeit und der höchste Elastizitätsmodul 118 MPa bzw. 6,4 GPa. Die Behandlung der Fasern mit Glycerin führte zu einer deutlichen Verbesserung der Faserflexibilität und führte zu der höchsten Bruchdehnung von 15,8 %. Die Monofilamente zeigten antibakterielle Eigenschaften und Biokompatibilität. Darüber hinaus wurden die Pilzmikrofasern nass gelegt, um biokompatible papierähnliche Materialien mit Zugfestigkeiten von bis zu 71 MPa und einem Elastizitätsmodul von bis zu 3,4 GPa zu bilden. Zusätzlich wurde ein Gerbprozess an Pilzmikrofasern durchgeführt und lederähnliche Materialien durch Nassverlegen und Nachbehandlungen vorbereitet. Das Pilzleder zeigte ein ähnliches Elastizitätsmodul-Dichte-Verhalten wie natürliches Leder.

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