Alternative zu Styropor: Kaffeesatz und Myzel treffen 3D-Druck
Kaffeesatz, Pilzsporen und 3D-Druck: Ein nachhaltiger Weg zu kompostierbaren Kunststoffalternativen in Sachen Verpackungen.
Das Verpackungsmaterial um dieses kleine Glas wurde im 3D-Druck aus gebrauchtem Kaffeesatz hergestellt. Außen wächst ein weißes Myzel (eine Art Wurzelsystem für Pilze), das den Kaffeesatz in eine kompostierbare Alternative zu Styropor verwandelt.
Foto: Luo et al./3D Printing and Additive Manufacturing
Täglich werden weltweit Millionen Liter Kaffee konsumiert – und ebenso viel Kaffeesatz landet im Müll. Dabei wissen die wenigsten, dass nur etwa 30 % einer Kaffeebohne tatsächlich löslich sind und im fertigen Getränk landen. Der größte Teil der Bohne wird nach der Zubereitung als vermeintlicher Abfall entsorgt. Allein in den USA summiert sich das auf über 1,6 Milliarden Pfund konsumierten Kaffees pro Jahr, wovon rund 1,1 Milliarden Pfund Kaffeesatz – das entspricht etwa 500.000 Tonnen – ungenutzt in den Müll wandern. Doch genau dieser vermeintliche Abfall könnte als nachhaltiger Rohstoff eine neue Rolle spielen.
Inhaltsverzeichnis
Von der Idee zur Innovation
Danli Luo, eine Doktorandin für Human Centered Design and Engineering an der University of Washington, erkannte das ungenutzte Potenzial des Kaffeesatzes. Beim Anblick der stetig wachsenden Menge an Abfall aus ihrer Espressomaschine fragte sie sich, wie dieser Nährstoffreichtum sinnvoll weiterverwendet werden könnte. Ihre Idee: Die natürlichen Eigenschaften von gebrauchtem Kaffeesatz mit Pilzen kombinieren.
Kaffeesatz enthält viele Nährstoffe und wird durch das Brühen weitgehend sterilisiert. Diese Bedingungen sind ideal für die Kultivierung von Pilzen, die im Frühstadium ihres Wachstums eine sogenannte Myzelhaut bilden – ein feines, wurzelähnliches Netzwerk, das verschiedene Materialien miteinander verbinden kann. Diese natürliche Struktur bietet erstaunliche Eigenschaften: Sie ist nicht nur leicht und stabil, sondern auch wasserabweisend und vollständig biologisch abbaubar.
Kombination aus Myzel und 3D-Druck
Zusammen mit einem interdisziplinären Team entwickelte Luo ein neuartiges System, das Kaffeesatz in eine druckbare Paste verwandelt. Diese wird mit Sporen des Reishi-Pilzes geimpft – einem Heilpilz, der traditionell in der asiatischen Medizin Verwendung findet. Die daraus resultierende Paste, genannt Mycofluid, lässt sich mit einem eigens entwickelten 3D-Druckkopf zu vielseitigen Formen verarbeiten. Gedruckt werden können verschiedene Objekte, von Verpackungsmaterialien über Dekorationsgegenstände bis hin zu Bauteilen für kleinere Möbelstücke.
Der besondere Clou dieses Prozesses liegt in der Fähigkeit des Myzels, nach dem Druckprozess weiterzuwachsen. Während der Wachstumsphase bildet das Myzel eine stabile Hülle, die selbst komplizierte Formen fest miteinander verbindet. So entstehen robuste, kompostierbare Objekte, die in ihrer Festigkeit mit herkömmlichem Kunststoff mithalten können.
Eine umweltfreundliche Alternative zu Styropor
Luo und ihr Team sehen ein besonderes Potenzial für die Verpackungsindustrie, die auf nachhaltige Lösungen angewiesen ist. Das Forschungsteam experimentierte mit verschiedenen Rezepturen, um die Eigenschaften des Materials gezielt an spezifische Anforderungen anzupassen. Ziel war es, ein vielseitiges, umweltfreundliches Material zu entwickeln, das Styropor ersetzen kann.
Die Herstellung der Paste erfolgt durch die Kombination von gebrauchtem Kaffeesatz, braunem Reismehl, Reishi-Pilzsporen, Xanthan – einem natürlichen Verdickungsmittel, das häufig in der Lebensmittelindustrie eingesetzt wird – und Wasser. Ein speziell angefertigter 3D-Druckkopf, der für die Verwendung mit dem Jubilee 3D-Drucker entwickelt wurde, ermöglicht die präzise Verarbeitung der dickflüssigen Paste.
Vom Druck zum fertigen Produkt
Nach dem Druck werden die Objekte in einer feuchten Umgebung gelagert. Während eines zehntägigen Reifeprozesses wächst das Myzel weiter und bildet eine feste, schützende Schicht um die Objekte. In dieser Phase kann das Myzel sogar getrennte Teile miteinander verschmelzen, sodass komplexe Designs nahtlos zusammengefügt werden.
Nach Abschluss des Wachstumsprozesses trocknen die Forschenden die Stücke für 24 Stunden. Dadurch wird der Pilz am weiteren Wachstum gehindert, bevor er Früchte bilden kann. Das Ergebnis ist ein stabiles, biologisch abbaubares Material, das mit den physikalischen Eigenschaften von Polystyrol vergleichbar ist.
Robust, formstabil und umweltfreundlich
Tests ergaben, dass das Material dichter als Styropor ist – seine Dichte liegt näher an der von Karton oder Holzkohle. Bei einem einstündigen Kontakt mit Wasser nahm es nur etwa 7 % seines Gewichts auf und trocknete danach vollständig, ohne an Festigkeit zu verlieren.
Obwohl die Forschenden die vollständige Kompostierbarkeit des Materials noch nicht umfassend geprüft haben, bestehen alle verwendeten Komponenten aus biologisch abbaubaren und theoretisch sogar essbaren Substanzen – wenn auch ohne kulinarischen Reiz.
Zukunftspotenzial: Mehr als nur Kaffeesatz
Ein Hindernis bei der großflächigen Anwendung ist die benötigte Konsistenz des Kaffeesatzes. Um den 3D-Druckprozess effizient zu gestalten, muss der Kaffeesatz möglichst homogen sein – eine Herausforderung, die die Forschenden zu weiteren Experimenten anregte. Ziel ist es, alternative organische Abfallstoffe zu testen, die ähnliche Eigenschaften bieten. Lebensmittelabfälle wie Fruchtschalen, Getreidereste oder sogar Algen könnten künftig eine Rolle spielen.
Wie Danli Luo es formuliert: „Wir wollen diese Art der flexiblen Entwicklung umfassend unterstützen, nicht nur, um eine Lösung für dieses große Problem des Plastikmülls zu bieten.“
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