Schimmeltegels met een olifantenhuid zouden prima warmte-isolators zijn (afb: NTU Singapore/Hortense Le Ferrand)
Onderzoekersters van de TU Nanyang in Singapore (NTU Singapore) heeft ‘schimmeltegels’ ontwikkeld die zouden kunnen helpen de temperatuur in gebouwen te verlagen zonder energie te verbruiken. Deze tegels zijn gemaakt van een nieuw biomateriaal dat het wortelnetwerk van schimmels – mycelium of zwamvlok genaamd – en organisch afval combineert. Eerder onderzoek had aangetoond dat zwamvlokcomposieten energiezuiniger zijn dan conventionele isolatiematerialen voor gebouwen, zoals geëxpandeerd vermiculiet en lichtgewicht geëxpandeerd kleigranulaat.
Voortbouwend op deze isolatie-eigenschap, werkte de onderzoekersters samen met het lokale ecologie- en biomimicry-ontwerpbureau bioSEA om een hobbelige, gerimpelde textuur aan de tegel toe te voegen, die het vermogen van een olifant om warmte via zijn huid te reguleren nabootst. Olifanten hebben geen zweetklieren en vertrouwen op deze rimpels en spleten op hun huid om de lichaamstemperatuur te regelen.
In laboratoriumexperimenten zagen ze dat de afkoelsnelheid van hun op olifantenhuid geïnspireerde zwamvloktegel 25% beter was dan een volledig vlakke myceliumtegel en de verwarmingssnelheid was 2% lager. Ze ontdekten ook dat het koelende effect van de ‘olifanttegel’ nog eens 70% verbeterde in gesimuleerde regenomstandigheden, waardoor het geschikt is voor tropische klimaten.
De bouwsector is verantwoordelijk voor bijna 40% van alle energiegerelateerde emissies wereldwijd, dus de zoektocht naar milieuvriendelijke isolatiematerialen is cruciaal. Hoofdauteur Hortense Le Ferrand stelt dat op zwamvlokcomposieten hier een veelbelovend alternatief zouden kunnen zijn.
“Isolatiematerialen worden steeds vaker geïntegreerd in muren van gebouwen om de energie-efficiëntie te verbeteren, maar deze zijn meestal synthetisch en hebben gedurende hun hele levenscyclus gevolgen voor het milieu. Myceliumgebonden composiet is een biologisch afbreekbaar materiaal dat zeer poreus is, waardoor het een goede isolator is. De warmtegeleidbaarheid is zelfs vergelijkbaar met of beter dan sommige synthetische isolatiematerialen die tegenwoordig in gebouwen worden gebruikt.”
“We hebben nauw samengewerkt met bioSEA om natuurlijke ontwerpprincipes te integreren die de prestaties als isolator kunnen optimaliseren. Het resultaat is een veelbelovend bewijs van het idee dat ons een stap dichter bij efficiënte, duurzame en goedkopere passieve koeloplossingen brengt in warme en vochtige omstandigheden.”
Inspiratie
Anuj Jain, de oprichter van bioSEA, legde de inspiratie achter de olifantgerelateerde innovatie uit: “Olifanten zijn grote dieren die leven in warme en soms vochtige tropische klimaten. Om de hitte te weerstaan, ontwikkelden olifanten een huid die sterk gerimpeld is, wat het vasthouden van water vergroot en het dier koelt door verdamping.”
“We werden geïnspireerd door hoe een olifant zichzelf kon koelen bij warm weer zonder zweetklieren, en probeerden te zien hoe we dezelfde koelmechanismen van schaduw, het vasthouden van koele lucht en het vergroten van het oppervlak voor water om te verdampen konden repliceren.”
Myceliumcomposieten worden gemaakt door schimmels te laten groeien op organisch materiaal zoals zaagsel of landbouwafval. Naarmate de schimmel groeit, bindt dat het organische materiaal tot een vaste, poreuze composiet. Voor deze studie gebruikten de onderzoekersters de zwamvlok van oesterzwammen (Pleurotus ostreatus) – een veel voorkomende schimmel – en bamboeschaafsel verzameld in een meubelwinkel.
Deze twee componenten werden gemengd met haver en water en verpakt in een zeshoekige mal met een door olifantenhuid geïnspireerde textuur. De myceliumtegels groeiden twee weken in het donker en werden vervolgens uit de zeshoekige mal gehaald om nog eens twee weken onder dezelfde omstandigheden door te groeien. Ze werden drie dagen bij 48°C gedroogd, waardoor de zwamvlokgroei staakt.
Zwamvlokcomposieten hebbeb een thermische geleidbaarheid hebben die vergelijkbaar is met conventionele isolatiematerialen voor gebouwen zoals glaswol en geëxtrudeerd polystyreen (ePS). Om te beoordelen hoe de olifantenhuidtextuur de warmteregulatie van de myceliumtegel beïnvloedt, verwarmden de onderzoekersters de zwamvloktegels op een hete plaat van 100°C gedurende 15 minuten en volgden ze temperatuurveranderingen met behulp van een infraroodcamera.
Ze ontdekten dat de olifantenhuid-geïnspireerde tegel warmte langzamer absorbeerde. De ‘olifantentegel’ koelde het snelst af wanneer deze vanaf de vlakke kant werd verwarmd. Op basis van deze bevindingen adviseerden de wetenschappers om de tegels te installeren met de vlakke kant vastgeplakt aan de gevel van het gebouw en het gestructureerde oppervlak blootgesteld aan buitenlucht voor optimale thermische prestaties.
Effect nat weer
Om het effect van regen op de tegels te simuleren, verwarmden de onderzoekersters de tegels en lieten ze de tegels vervolgens afkoelen door er gedurende 15 minuten met tussenpozen van één minuut.
Als de olifantenkant van de tegel werd besproeid, verlaagde de temperatuur van de tegel 7,27 °C per minuut – een verbetering van 70% vergeleken met de prestaties in droge omstandigheden.
Dat zou aan de waterafstotende hydrofobe aard van de zwamvlokcomposiet liggen.
Hierop voortbouwend willen ze nu manieren zoeken om de tegels te verbeteren voor gebruik in de echte wereld, zoals het vergroten van hun mechanische stabiliteit en duurzaamheid of het gebruiken van verschillende andere zwammen dan de oesterzwam. Een punt van aandacht is de tijd de het kost om de composiettegels te kweken. Die productie kost weinig energie maar veel tijd (drie tot vier weken).
Een uitdaging die ze voorzien bij het opschalen van de productie van de tegels is de tijd die nodig is om de myceliumtegels te laten groeien. Hoewel het minimale energiebronnen vereist, duurt het proces drie tot vier weken. Le Ferrand zei: “We hebben een veelbelovend milieuvriendelijk alternatief ontwikkeld dat afval omzet in een waardevol materiaal. Dit opent de weg naar ander alternatief bouwmateriaal.”
Bron: Alpha Galileo