Pilze haben mehr zu bieten, als man auf den ersten Blick sieht. Ihre fadenförmigen Zellen, die wie ein Wurzelgeflecht großflächig und unsichtbar unter der Erde wachsen, bieten großes Potenzial für die Produktion nachhaltiger, biologisch abbaubarer Materialien. Forscher am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP im Potsdam Science Park nutzen dieses Myzel, um eine breite Palette recycelbarer Produkte zu entwickeln, von Geldbörsen und Isolierungen bis hin zu Verpackungen.
Pilze sehen für die meisten von uns aus wie ein gebogener Hut und ein Stiel. Den größten Teil des Organismus bildet jedoch ein Netzwerk aus Zellfäden, das Myzel genannt wird, sich hauptsächlich unter der Erde ausbreitet und beträchtliche Ausmaße erreichen kann. Dieses fein verzweigte Netzwerk wurde bisher nur unzureichend genutzt. Für Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam stellt Myzel jedoch einen zukunftsweisenden Rohstoff dar, der das Potenzial hat, erdölbasierte Produkte durch natürliche, organische Myzelverbundstoffe zu ersetzen.
Als Substrat für die Pilzkulturen dienen organische Reststoffe aus der regionalen Land- und Forstwirtschaft. In verschiedenen Projekten produzieren die Forscher aus Myzel-basierten Materialien Dämmstoffe, Verpackungen und tierfreie Alternativen zu Lederprodukten.
Myzelbasierte Materialien aus regionalen landwirtschaftlichen Reststoffen
„Angesichts des Klimawandels und knapper werdender fossiler Rohstoffe besteht ein dringender Bedarf an biologisch abbaubaren Materialien, die mit geringerem Energieaufwand hergestellt werden können“, sagt Dr. Hannes Hinneburg, Biotechnologe am Fraunhofer IAP. Gemeinsam mit seinem Team nutzt er Myzel – etwa aus Speisepilzen oder Baumpilzen wie dem Austernseitling oder dem Zunderschwamm –, um lokal vorhandene Pflanzenreste in nachhaltige Materialien umzuwandeln.
„Das Myzel besitzt Eigenschaften, die sich für die Produktion umweltfreundlicher und energieeffizienter Materialien nutzen lassen, da das Wachstum der Pilze unter Umgebungsbedingungen erfolgt und CO2 in den Rückständen gespeichert bleibt. Bei der Zersetzung von Zellulose und anderen organischen Rückständen bildet sich ein kompaktes, dreidimensionales Netzwerk, wodurch eine sich selbst erhaltende Struktur entstehen kann“, erklärt Hinneburg.
Dabei entsteht ein Material, das eine komplexe Verbindung mit einem organischen Substrat wie Getreideresten, Holzspänen, Hanf, Schilf, Raps oder anderen landwirtschaftlichen Reststoffen eingeht. Diese Stoffe dienen dem Pilz als Nahrungsquelle und werden im Stoffwechselprozess vollständig von einem feinen Myzelnetz durchzogen. So entsteht ein vollständig organischer Verbund, der durch thermische Behandlung in die gewünschte Form gebracht und stabilisiert werden kann.
„Zunächst wird Wasser mit landwirtschaftlichen Reststoffen wie Stroh, Holzspänen oder Sägemehl zu einer Masse vermischt. Nach der Bestimmung von Feuchte und Partikelgröße sowie einer anschließenden Hitzebehandlung zur Abtötung konkurrierender Keime ist das Substrat fertig. Es dient den Pilzen als Nahrung und wird mit dem Myzel vermischt. Nach einer Wachstumsphase von etwa zwei bis drei Wochen im Brutschrank entsteht aus der Mischung je nach Rezeptur und Verfahren eine lederähnliche Substanz oder ein weiterverarbeitbarer Verbundstoff“, fasst Hinneburg den Herstellungsprozess zusammen.
Für diesen Vorgang wird kein Licht benötigt – ein Plus in puncto Energieeffizienz.
Vielseitige Einsatzmöglichkeiten: Festigkeit und Elastizität können gezielt eingestellt werden
Die Pilzmaterialien können mit den unterschiedlichsten Eigenschaften gezüchtet werden. Je nach Anwendung können sie strapazierfähig, dehnbar, reißfest, undurchlässig, elastisch, weich und flauschig oder offenporig sein. Die Kombination aus Pilzart und landwirtschaftlichen Reststoffen sowie variablen Parametern wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit bestimmen das Ergebnis. Auch die Dauer des Myzelwachstums beeinflusst das Endprodukt.
Die Vielseitigkeit des Materials ermöglicht es, es in den unterschiedlichsten Formen, von dicken Blöcken bis hin zu hauchdünnen Schichten, zu verwenden und in zahlreichen Szenarien einzusetzen. So ist es möglich, pilzbasierte Materialien für textile Polsterungen, Verpackungen, Möbel, Taschen oder Dämmplatten für Innenräume zu verwenden. Bei der Verwendung als Baumaterial fungiert der Pilz vor allem als biologischer Klebstoff, da über das Myzel verschiedenste organische Partikel miteinander verbunden werden.
„Die vielen positiven Eigenschaften des Materials – wärmedämmend, elektrisch isolierend, feuchtigkeitsregulierend und brandbeständig – ermöglichen einen wichtigen Schritt hin zum zirkulären und klimapositiven Bauen“, sagt Hinneburg, der sich in einem aktuellen Projekt unter anderem mit der Entwicklung einer neuartigen Polystyrol-Alternative zur Wärmedämmung beschäftigt.
In einem weiteren Projekt arbeitet er gemeinsam mit dem Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung und der Agro Saarmund eG an der Herstellung umweltfreundlicher Verpackungsschalen auf Myzelbasis aus Reststoffen und Rohstoffen der regionalen Land- und Forstwirtschaft.
Gemeinsam mit Designern entwickelte er zudem das Grundmaterial für tierfreie Alternativen zu Lederprodukten wie Taschen und Geldbörsen. Da die Materialien auf Myzelbasis ihren Ledergegenstücken ähneln, können sie in bestimmten Bereichen als Ergänzung zu Lederartikeln eingesetzt werden.
Entwicklung industrieller Prozesse
In Europa entwickeln derzeit nur wenige Unternehmen myzelbasierte Materialien für den kommerziellen Einsatz. Die Herausforderungen in diesem Bereich liegen darin, Zugang zu biogenen Rückständen zu haben, eine gleichbleibende Produktqualität sicherzustellen und die Mittel zu haben, um die Aktivitäten effizient auszuweiten.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, setzen die Forscher auf ein neu entwickeltes Rolle-zu-Rolle-Verfahren, für das sie bereits einen Prototypen erstellt haben. Dieses Verfahren bietet gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren mit Kisten und Regalsystemen entscheidende Vorteile: Durch die standardisierte, kontinuierliche Produktion unter kontrollierten Prozessbedingungen (wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit) können die Forscher sicherstellen, dass die myzelbasierten Produkte gleichbleibende Materialeigenschaften aufweisen. Zudem können Ressourcen effizienter genutzt und die Produktion auf ein industrielles Niveau skaliert werden.
„Dies ist entscheidend, um den steigenden Bedarf der Industrie an nachhaltigen Materialien zu decken und langfristig unabhängiger vom Erdöl zu werden. Zudem kann die Produktion durch den Einsatz innovativer Technologien wie künstlicher Intelligenz zur Optimierung der Kombination von Reststoffen und Pilzarten weiter verbessert werden“, sagt Hinneburg.