In de zoektocht naar duurzamere bouwmaterialen wint biobased isolatie steeds meer terrein. Traditionele isolatiematerialen zoals glaswol en steenwol hebben een hoge milieubelasting en zijn niet circulair, terwijl alternatieven zoals houtvezel en hennepvezel laten zien dat isoleren ook op een natuurvriendelijke manier kan. Deze materialen zijn niet alleen hernieuwbaar, maar dragen ook bij aan een gezond binnenklimaat zonder schadelijke emissies.

De ambitie van de rijksoverheid is dat in 2030 minstens 30% van de bouwmaterialen in nieuwbouw en renovatie helemaal biobased is. Dit stimuleert innovaties in de sector en opent de deur voor revolutionaire ontwikkelingen, zoals de inzet van mycelium, het ‘wortelnetwerk’ van de paddenstoel. Dit netwerk van schimmeldraden kan uitgroeien tot een sterk, brandwerend en waterafstotend isolatiemateriaal.

Tot nu toe werd mycelium vooral in mallen gegroeit, wat de dikte en dus de isolerende prestaties beperkte. Maar wat als we het proces omdraaien en mycelium niet laten groeien in een mal, maar het direct 3D-printen? In een vernieuwend onderzoeksproject op de Hogeschool Arnhem & Nijmegen (HAN) wordt onderzocht hoe geavanceerde 3D-printtechnieken mycelium isolatie naar een hoger niveau kunnen tillen. Door grotere, complexere structuren te creëren, kunnen we niet alleen de isolatiewaarde verbeteren, maar ook de toepassingsmogelijkheden in de bouw uitbreiden.

Kan 3D-geprint mycelium de manier waarop we bouwen en isoleren voorgoed veranderen?

Het idee om schimmels te gaan promoten in de bouw is relatief nieuw, terwijl het woord ‘schimmel’ vaak juist afschrikkend is, vooral in de bouw. Dat is nu juist mijn pleidooi.

Hoeveel schimmels zijn er die als negatief worden ervaren? Dat is een hele kleine hoeveelheid als je het vergelijkt met schimmels die ons, als mens, juist verder helpen. Denk aan schimmels die gebruikt worden voor antibiotica, gisten (eencellige schimmels) die helpen bij het maken van bier & brood, schimmels in blauwe kaas. Er zijn talloze schimmels die eigenlijk meer goed zijn dan slecht. "Schimmel" is een term die miljoenen verschillende soorten organismen omvat, dus het is niet juist om alle schimmels over één kam te scheren. In dit artikel gaat het om één specifieke schimmel, Ganoderma Lucidum. Deze schimmel kan worden ingezet om mycelium materialen te groeien, in oosterse culturen wordt deze schimmel ook wel gebruikt voor medicinale toepassingen.

Om toekomstbestendige oplossingen te vinden voor de bouw, gebruiken wij de natuur als inspiratiebron. Biomimicry, leren van de natuur, zorgt ervoor dat je principes of methoden uit de natuur kan kopiëren naar menselijke toepassingen. Een veelgebruikt voorbeeld zijn termieten die metershoge bouwwerken creëren waar in het slimme ontwerp, luchtstromen ontstaan die voor circulatie zorgen en zo de temperatuur relatief stabiel houden. Verwarming of verkoeling is niet nodig. Iets wat de mens wel nodig heeft in onze bouwwerken. Wat kunnen we leren van deze termieten om ervoor te zorgen dat onze menselijke bouwwerken ook slimmer worden, en temperatuur niet machinaal gecontroleerd hoeft te worden, maar waarbij we slim gebruik maken van natuurlijke hulpbronnen zoals zon & wind. Vergelijking 1. Ventilatie van termieten vs gebouw (Wei et al., 2023)

Met deze gedachte is het 3D print project met mycelium ontstaan. Mycelium is het ondergrondse netwerk van schimmeldraden dat zorgt voor de groei van paddenstoelen. Dit netwerk verspreidt zich in de natuur door organisch materiaal af te breken en zo nieuwe structuren op te bouwen. Wat als we dit natuurlijke groeiproces kunnen benutten om bouwmaterialen te ontwikkelen?

Mycelium biocomposieten hebben een aantal interessante eigenschappen die het een veelbelovend alternatief maken voor isolatiematerialen. Het isoleert (warmtegeleidingscoëfficiënt afhankelijk van gebruikt substraat), is brandwerend, hydrofobisch, heeft akoestische demping en is het mycelium vaak gegroeid op organische reststromen zoals landbouwafval. Hierdoor is het uiteindelijke materiaal ook composteerbaar.

Mycelium panelen zijn nog niet gecertificeerd in de bouw maar worden wel al ingezet, vooral in de vorm van isolatiepanelen. Deze materialen worden gegroeid in mallen, waarbij het mycelium een substraat (e.g. landbouwafval) koloniseert en daardoor een stevige, vaste vorm aanneemt. Hoewel deze panelen potentie hebben, zijn er ook enkele beperkingen. Denk aan een beperkte dikte die je kan bereiken doordat er in mallen wordt gegroeid. Mycelium heeft specifieke groeicondities nodig om te groeien, wat het lastiger maakt in dikke lagen doordat midden in het substraat niet genoeg zuurstof aanwezig is. Dit onderdrukt dan de groei van het mycelium. Ook is het lastig om af te komen van de vaste vormgeving, ontwerpmogelijkheden zijn beperkt ook weer door het gebruik van mallen.

Om deze beperkingen te overwinnen, wordt onderzocht hoe 3D-printtechnologie kan helpen bij het ontwikkelen van myceliumisolatie 2.0. Bij deze techniek wordt een pasta-achtig mengsel van mycelium en organisch substraat laag voor laag geprint in een vrije vorm. Het substraat bestaat grotendeels uit koffieprut en is dus circulair. Tijdens en na het printen krijgt het mycelium de kans om verder te groeien en de structuur te versterken.

3D-printen met mycelium biedt een oplossing voor de beperkingen van traditionele groeimethoden. Doordat er geen mallen nodig zijn, kunnen dikkere isolatielagen worden gecreëerd met verbeterde thermische prestaties. Daarnaast maakt de technologie het mogelijk om direct complexe, organische vormen te printen, wat nieuwe ontwerpvrijheid biedt voor architecten en bouwers.

Om de potentie van dit materiaal te onderzoeken is er een interdisciplinair team van onderzoekers en bedrijven aan de slag gegaan. Dat gaat van bouwbedrijven die geïnteresseerd zijn in deze innovatie, tot 3d-print designers die zich specialiseren in het printen met reststromen. Het onderzoek richt zich op een paar belangrijke pijlers, zoals de optimale samenstelling van het materiaal (de print pasta) waarbij de viscositeit goed genoeg is om te kunnen printen, het voldoende houvast biedt voor het mycelium om er vervolgens doorheen te groeien en waarbij de vorm zorgt voor aan de éne kant optimale groeicondities voor het mycelium maar ook bijdraagt aan de isolerende eigenschappen. De prototypes zullen geëvalueerd worden op thermische, akoestische en mechanische eigenschappen.

Als 3D-geprint mycelium zijn potentie waarmaakt, kan dit een belangrijke doorbraak betekenen voor de biobased bouwrevolutie. Het toepassen van biomimicry in design, leren van de natuur, gebruik maken van mycelium om natuurlijke materialen te printen is het geluid van de toekomst. Traditionele isolatiematerialen zijn beperkt tot standaard panelen en rechte vormen, terwijl 3D-printen het mogelijk maakt om complexe, organische structuren te creëren die perfect aansluiten bij de vragen van morgen.

Deze technologie opent de deur naar bio-geïnspireerde architectuur, waarbij vormen uit de natuur worden nagebootst om optimale thermische prestaties en materiaalgebruik te realiseren.

Dit artikel is geschreven door Anaïs Passera, onderzoeker Biobased Bouwen op de Hogeschool Arnhem-Nijmegen. Dankzij haar achtergrond aan Wageningen Universiteit weet zij haar kennis over bodems en ecosystemen te koppelen aan de ontwikkeling van nieuwe materialen. February 2025.

Fotografie: Danny de Lange

Deel dit artikel: