Các nhà nghiên cứu từ Đại học Washington đã phát triển một phương pháp chuyển đổi bã cà phê giàu dinh dưỡng thành dạng sệt để in 3D . Dạng sệt này được tiêm bào tử nấm Ganoderma lucidum (Reishi), tạo thành mạng lưới sợi nấm liên kết vật liệu. Quá trình này tạo ra vật liệu có thể phân hủy, có cấu trúc ổn định thay thế cho nhựa. Nghiên cứu đã được công bố trên 3D Printing and Additive Manufacturing .
Chỉ có 30% khối lượng của hạt cà phê hòa tan trong nước và hầu hết các phương pháp pha chế chiết xuất thậm chí còn ít hơn. Do đó, trong số 1,6 tỷ pound cà phê được tiêu thụ hàng năm tại Hoa Kỳ, khoảng 1,1 tỷ pound bã cà phê bị loại bỏ dưới dạng chất thải hoặc ủ thành phân hữu cơ.
Danli Luo và một nhóm nghiên cứu tại Đại học Washington đã phát triển một phương pháp chuyển đổi bã cà phê đã qua sử dụng thành dạng bột nhão phù hợp để in 3D. Vật liệu này có thể được sử dụng để chế tạo các vật thể như tượng nhỏ, vật liệu đóng gói và các thành phần của bình hoa. Bột nhão được tiêm bào tử nấm Ganoderma lucidum (Reishi), phát triển thành lớp sợi nấm trên các vật thể được in.
Mạng lưới sợi nấm tăng cường vật liệu, biến nó thành một giải pháp thay thế phân hủy sinh học cho nhựa. Ngay cả với hình học phức tạp, lớp da sợi nấm vẫn liên kết các cấu trúc in. Ngoài ra, các thành phần in riêng biệt có thể được hợp nhất thành một vật thể duy nhất thông qua sự phát triển của sợi nấm.
Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến việc tạo ra các hệ thống cho những người như chủ doanh nghiệp nhỏ sản xuất các sản phẩm theo lô nhỏ — ví dụ, đồ thủy tinh nhỏ, mỏng manh cần bao bì đàn hồi để vận chuyển. Vì vậy, chúng tôi đã nghiên cứu các công thức vật liệu mới có thể thay thế những thứ như xốp Styrofoam bằng thứ gì đó bền vững hơn và có thể dễ dàng tùy chỉnh cho sản xuất quy mô nhỏ .
Danli Luo, Tác giả chính của nghiên cứu, Đại học Washington
Luo đã phát triển hỗn hợp “Mycofluid” bằng cách kết hợp bã cà phê đã qua sử dụng, bột gạo lứt, bào tử nấm Ganoderma lucidum (Reishi), kẹo cao su xanthan (chất kết dính thực phẩm phổ biến) và nước. Để tạo điều kiện in 3D bằng vật liệu này, Luo cũng đã thiết kế một đầu in mới cho máy in 3D Jubilee, ban đầu được phát triển bởi phòng thí nghiệm Machine Agency tại Đại học Washington. Hệ thống đã được sửa đổi có thể lưu trữ và đùn tới một lít Mycofluid.
Sử dụng Mycofluid, nhóm đã in 3D nhiều vật thể khác nhau, bao gồm một chiếc quan tài hai mảnh cỡ bướm, ba phần của một chiếc bình, hai nửa của một bức tượng Moai và bao bì cho một chiếc cốc nhỏ. Các vật thể in sau đó được ủ trong một hộp nhựa trong 10 ngày, cho phép sợi nấm hình thành một lớp ngoài gắn kết. Sự phát triển của sợi nấm cũng hợp nhất các thành phần in riêng biệt thành các cấu trúc duy nhất.
Quá trình này tuân theo các nguyên tắc tương tự như bộ dụng cụ trồng nấm tại nhà, đòi hỏi độ ẩm để sợi nấm phát triển từ chất nền giàu dinh dưỡng. Nếu để lâu hơn, nấm sẽ mọc ra từ các vật thể; tuy nhiên, các vật thể đã được loại bỏ sau khi lớp da sợi nấm màu trắng đã hình thành hoàn toàn. Sau đó, các mảnh được sấy khô trong 24 giờ để ngăn ngừa nấm phát triển thêm.
Vật liệu cuối cùng có mật độ tương đương với bìa cứng hoặc than củi và nặng hơn xốp Styrofoam. Nó có khả năng hấp thụ nước thấp, chỉ tăng thêm 7% trọng lượng sau một giờ tiếp xúc với nước và trở lại trọng lượng ban đầu khi khô mà không bị biến dạng cấu trúc. Vật liệu này thể hiện các tính chất cơ học tương tự như bọt polystyrene giãn nở và polystyrene.
Mặc dù nhóm nghiên cứu không kiểm tra cụ thể khả năng ủ phân, nhưng tất cả các thành phần của vật liệu đều có thể phân hủy sinh học và về mặt kỹ thuật có thể ăn được, mặc dù không ngon miệng. Nghiên cứu trong tương lai sẽ khám phá các vật liệu tái chế khác có thể được sử dụng để sản xuất các loại bột sinh học tương tự. Tuy nhiên, việc sản xuất Mycofluid trên quy mô lớn có thể gặp phải những thách thức do nhu cầu cung cấp bã cà phê đã qua sử dụng đồng nhất.
Chúng tôi quan tâm đến việc mở rộng điều này sang các vật liệu có nguồn gốc sinh học khác, chẳng hạn như các dạng chất thải thực phẩm khác. Chúng tôi muốn hỗ trợ rộng rãi cho loại phát triển linh hoạt này, không chỉ cung cấp một giải pháp cho vấn đề lớn về chất thải nhựa này .
Danli Luo, Tác giả chính của nghiên cứu, Đại học Washington
Junchao Yang, một sinh viên thạc sĩ tại thời điểm nghiên cứu, là đồng tác giả của nghiên cứu. Nadya Peek, Phó Giáo sư Thiết kế và Kỹ thuật lấy con người làm trung tâm tại Đại học Washington, là tác giả chính. Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia.
