Svenske forskere har for første gang vist hvordan et lettvektsmateriale laget av nanocellulose og alger kan 3D-printes og brukes som et bærekraftig byggemateriale.
Nanocellulose har tidligere blitt brukt i gelform i bioprinting som et kroppskompatibelt støttemateriale for vev og cellevekst. Ved å tørke nanocellulosen er teknologien nå oppskalert for å kunne brukes som et mer miljøvennlig alternativ til byggematerialer. Byggebransjen setter i dag et stort klimaavtrykk og det er derfor muligheter for å gjøre en stor forskjell med nye materialer og byggeteknikker.
Bak studien, som er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet «Materials and Design», står forskere fra Chalmers og Wallenberg Wood Science Center. De har brukt nanocellulose, vann og et algebasert materiale kalt alginat for å lage en såkalt hydrogel. Alginatet gjør det mulig å 3D-printe materialet og gir det ekstra fleksibilitet når det tørker. Cellulose er et miljøvennlig alternativ til plast fordi det er et biprodukt fra for eksempel skogbruk, landbruk og papirproduksjon.
– Helt konkret har vi tilført ny og hittil manglende kunnskap om materialets designegenskaper. Ved hjelp av våre prøver og prototyper har vi vist hvor tilpasningsdyktig materialet er, og hvordan det kan brukes i tilpasset digital design og 3D-printing ved hjelp av roboter, sier Chalmers-forsker Malgorzata Zboinska som er hovedforfatter av studien i en pressemelding.
Fra flytende til fast form
Hydrogelen har egenskaper som gjør at den kan fortynnes. Når det utsettes for trykk, blir det flytende slik at det kan 3D-printes, og når trykket fjernes går materialet tilbake til sin opprinnelige, faste form.
– 3D-printing er en veldig ressurseffektiv teknologi. Det gjør oss i stand til å produsere produkter uten å bruke for eksempel støpeformer, noe som betyr mindre restmateriale. Den er også veldig energieffektiv – det robotiske 3D-skriversystemet vi bruker drives ikke av varme, men utelukkende av lufttrykk. Det sparer mye energi fordi vi jobber i romtemperatur, sier Malgorzata Zboinska.
Forskerteamet eksperimenterte med mange forskjellige utskriftsalternativer for å se hvordan nanocellulosehydrogelen oppfører seg når den tørker inn i forskjellige former og mønstre. Resultatene blir et utgangspunkt for fremtidig produktdesign av for eksempel romdelere, persienner og veggpanelsystemer.
Brytes ned over tid
En viktig forskjell mellom biobaserte materialer og tradisjonelle byggematerialer, som betong og glass, er at de er organiske og brytes ned over tid.
– Vi trenger derfor ny kunnskap om hvordan vi kan bruke dem i arkitektur og hvordan vi kan forholde oss til deres kortere livssykluser, som ligner mer på det du finner i naturen enn i et kunstig og kontrollert miljø. Designforskere og arkitekter leter nå etter metoder for å designe produkter fra disse materialene som er både funksjonelle og estetisk tiltalende, sier Malgorzata Zboinska.
