Biomateriał w architekturze przyszłości - grzybnia

2022-03-18 14:12
budowla z grzybni
Autor: Kris Graves/ The Living Dzięki grzybni powstał bardzo lekki i wytrzymały materiał, który wykorzystano do stworzenia wieży o kształcie trzech połączonych ze sobą kominów

Potencjał wykorzystania grzybni w architekturze jest olbrzymi i wykracza daleko poza spektrum materiałów izolacyjnych i akustycznych oraz służących do tymczasowych zastosowań – piszą badacze z Wydziału Architektury Politechniki Śląskiej. Czy zatem szybko rosnące i całkowicie biodegradowalne mycelium może okazać się podstawowym budulcem dla nowej, ekologicznej architektury przyszłości?

Zmiany klimatyczne oraz nasilający się kryzys zarządzania odpadami zmuszają do działania rządy, planistów i architektów. Sektor budowlany odpowiada za 36% końcowego zużycia energii i 39% emisji dwutlenku węgla, z czego 11% stanowi efekt produkcji stali, cementu i szkła. Sytuacja skłania projektantów do poszukiwania alternatyw dla materiałów stosowanych do tej pory w budownictwie i architekturze. Można tu wyróżnić dwie skrajne tendencje:

  1. materiały powstające w laboratoriach chemicznych, gdzie naukowcy za pomocą nowoczesnych technologii starają się stworzyć ekologiczne materiały odpowiadające postępującej urbanizacji i gwałtownemu wzrostowi demograficznemu,
  2. materiały pochodzenia biologicznego – pierwotne i zrównoważone, wywodzące się i kończące cykl życia w naturze. Szczególnie dobrze dostosowane do zasad zrównoważonego rozwoju wydają się materiały niskich technologii (ang. low-tech), które cechują się prostszą metodą wytwarzania i przetwarzania, ale również bardziej zrównoważonymi sposobami utylizacji i szerokimi możliwościami ponownego użycia. Takie produkty budowlane wpisują się w kołowe cykle naturalnego obiegu (a tym samym w jeden z celów zrównoważone- go rozwoju UE i ONZ – Gospodarkę Obiegu Zamkniętego). Ich przeciwieństwem są materiały wysokich technologii (ang. high-tech), których rozkład zwykle liczy się w setkach lat, a proces produkcji jest nieporównywalnie bardziej szkodliwy.

Grzybnia jako nanomateriał

Wydaje się, że na pograniczu obu trendów znajduje się jeszcze jedna alternatywa – grzybnia (ang. mycelium). Hodowana w laboratorium, ale pochodzenia naturalnego i współistniejąca z człowiekiem od tysięcy lat. Grzybnia to część grzybów, która jest odpowiedzialna za ich funkcje życiowe, a w swojej zbitej formie nadaje im kształty powszechnie kojarzone z tymi organizmami. Zbudowana jest z wielu rozgałęzionych strzępek, tworzących swobodnie splątaną strukturę szkieletową. Postać wyrastających nitek upodabnia grzybnię do nanomateriałów, które dzięki swojej budowie prezentują szczególne właściwości fizyczne. 

Grzybnia może być hodowana na odpowiednio dobranych substratach i pożywkach. Z czasem są one oplatane i penetrowane przez włókna o średnicach rzędu 10 μm. Po samodzielnym wzroście w odpowiednich warunkach, przy dobraniu właściwych składników, mycelium może być wysuszone oraz poddane obróbce termicznej i chemicznej. Wskutek tych procesów otrzymujemy materiał, który w dużej mierze powstał samoczynnie.

Ograniczamy w ten sposób koszty nie tylko ekonomiczne, ale i środowiskowe. Docelowa forma osuszonej grzybni wraz z substratem, w której niekontrolowany rozrost jest już niemożliwy, ma obiecujące właściwości termiczne i akustyczne. Właściwości fizyczne grzybni są uzależnione od szeregu czynników:

  • gatunku grzyba,
  • rodzaju substratu i podłoża,
  • zastosowanych materiałów uzupełniających,
  • technologii obróbki, warunków wzrostu,
  • sposobu osuszania,
  • użytej podkonstrukcji bądź okładziny.

Właściwości materiałów na bazie grzybni

Materiały izolacyjne na bazie mycelium osiągają wartości współczynnika przenikania ciepła U porównywalne z popularnie stosowanymi wyrobami, np. styropianem i styrodurem czy wełną mineralną, szklaną bądź skalną. Niektóre z nich charakteryzują się jednak parametrami termalnymi na poziomie specjalistycznych produktów, takich jak piana fenolowa pianki PUR i PIR lub szkło spienione. Podobieństwo do konwencjonalnych materiałów dotyczy także formy oferowanych elementów – od pianek elastycznych (MycoFlex™) i sztywnych (Myco Foam), do twardych paneli (MycoComposite™, Mogu Acoustics), kompozytów (Myco Board), a nawet płytek podłogowych (Mogu Floor Tiles, Mogu Floor Flex).

Grzybnia jest materiałem odnawialnym, który ulega rozkładowi, stąd nie pojawia się paląca potrzeba jej odzysku i ponownego użycia. Pomimo wielu fascynujących zalet mycelium ma również wady. Główne problemy to podatność na korozję biologiczną oraz działanie wody. Z tego powodu możliwość zastosowania na zewnątrz budynku jest ograniczona.

Największy potencjał w standardowych rozwiązaniach budowlanych grzybnia wykazuje przy użyciu w ścianach trójwarstwowych, wentylowanych oraz w przegrodach wewnętrznych, gdzie nie jest narażona na działanie czynników zewnętrznych. W zakresie właściwości przeciwpożarowych wyroby na bazie mycelium plasują się trochę poniżej materiałów niepalnych, aczkolwiek zależy to od substratu i użytych impregnatów.

Budowle z wykorzystaniem grzybni

Obiekt architektoniczny, w którym prawdopodobnie po raz pierwszy na szerszą skalę zastosowano grzybnię, to Hy-Fi – ponad 12-metrowa wieża stworzona w ramach corocznego konkursu Museum of Modern Art w Nowym Jorku, skierowanego do młodych, obiecujących pracowni. Budowla powstała w 2014 roku jako zwycięska propozycja nowojorskiego biura The Living w kooperacji z firmą Ecovative – pionierem w wykorzystywania grzybów w materiałach budowlanych. Przez całe lato w przestrzeni dziedzińca PS1 MoMA zwiedzający mogli podziwiać pawilon wzniesiony z 10 tys. wyhodowanych cegieł. Proces produkcji polegał na pięciodniowym wzroście grzybni w formach o wymiarach 45,5 x 23 x 10 cm. Substrat do hodowli stanowiły łodygi kukurydzy. Po okresie rozwoju, materiał poddany został procesowi przyspieszonego starzenia pod wpływem pogody (deszcz, wiatr, wilgoć). Trzytygodniowa symulacja odpowiadała trzyletniemu okresowi w warunkach naturalnych.

Przeprowadzone testy wykazały, że cegły nie zmieniły swoich właściwości względem pierwotnych, co dowiodło solidności budulca. Dodatkowo jego waga była niewielka (ok. pół kilograma, dla porównania masa tradycyjnej cegły waha się od 2 do 4 kg). Otrzymano więc bardzo lekki i wytrzymały materiał o potencjale konstrukcyjnym. Wykorzystano go do stworzenia wieży o kształcie trzech połączonych ze sobą kominów. Pawilon w założeniach miał charakter eksperymentalny, stanowił prototyp testowany w warunkach środowiska naturalnego. Zastosowanie w tym przypadku cegieł pochodzenia biologicznego w dużym stopniu przyczyniło się do rozpowszechnienia materiału, jakim jest mycelium i zachęciło do dalszych badań nad jego użyciem w architekturze.

 Hy-Fi – pawilon
Autor: Amy Barkow/ The Living Hy-Fi – pawilon zrealizowany w ramach konkursu dla młodych architektów nowojorskiego Museum of Modern Art, proj. The Living, 2014

Alternatywą dla konwencjonalnych obiektów wystawowych był powstały w 2017 roku Shell Mycelium Pavillion. To efekt międzynarodowej współpracy między architektami z indyjskiego biura Beetles3.3 oraz włoskiej pracowni YassinAreddia Designs. Instalacja stanowiła pierwszy przykład prezentacji możliwości grzybni na subkontynencie indyjskim w ramach Kochi-MuzirisBiennale – największej wystawy sztuki nowoczesnej w tym kraju oraz w całej Azji.

Pawilon powstał jako część manifestu na rzecz bardziej krytycznego podejścia do budownictwa. Autorzy wzięli pod uwagę nie tylko przestrzeń wystawienniczą, ale także lokalną siłę roboczą i materiały. Badania nad doborem odpowiedniego gatunku grzyba i jego wzorców rozrostu były prowadzone na miejscowej farmie. W efekcie tych eksperymentów zbudowano pawilon oparty na strukturze drewnianej, wpisany w przestrzeń niszczejącego, postkolonialnego holenderskiego magazynu. Drewniany szkielet został pokryty włóknem kokosowym z zarodnikami grzybni. Po kilku dniach wzrostu utworzyła ona „śnieżną” powłokę nad początkowo dominującą konstrukcją. Wraz z upływem czasu górna warstwa obumarła pod wpływem działania promieni słonecznych, pozostała natomiast „skorupa”, która chroniła dolne warstwy.Pod koniec trzymiesięcznego biennale można było zaobserwować powolny rozpad całej struktury.

Mycelium, które wzrosło na szkielecie, celowo nie zostało zaimpregnowane, a procesów życia grzybni nie zahamowano (np. poprzez działanie wysokiej temperatury). Cała instalacja stanowiła impuls do głębszych przemyśleń na temat cyklu życia budynków.

Podobną refleksję miał wywołać Growing Pavilion – kolejny tymczasowy obiekt powstały z wykorzystaniem grzybni. Został zaprezentowany w ramach Holenderskiego Tygodnia Designu w Eindhoven w 2019 roku, a celem jego twórców było zwrócenie uwagi branży architektonicznej i budowlanej oraz szerszej publiczności na możliwości konstrukcyjne, a także właściwości estetyczne materiałów pochodzenia biologicznego.

Inicjatywa narodziła się we współpracy z Company New Heroes i Dutch Design Foundation, a autorami projektu byli projektant i scenograf Pascal Leboucq, materiałoznawca Erik Klarenbeek oraz koordynator całego przedsięwzięcia Lucas De Man. Obiekt na planie koła zbudowano niemal w całości z biomateriałów: drewnianego szkieletu z osiki i sosny, powłoki dachowej z membrany na bazie bawełny, podłóg z biolaminatu oraz elewacji, na którą składało się 88 paneli o łącznej powierzchni około 125 m² stworzonych z użyciem grzybni. Efektowna fasada została potraktowana jak rzeźba – każdy z paneli był indywidualnie uformowany w sposób mający podkreślić, że cały pawilon to efekt naturalnego wzrostu charakterystycznego dla ożywionych części przyrody. Najbardziej wyeksponowanymi dominującym komponentem były elementy na bazie mycelium dostarczone przez producenta Krown.bio.

Ich całkowity czas produkcji zamyka się w okresie ok. dwóch tygodni (okres wzrostu – od 4 do 5 dni, leżakowanie w wilgotnym środowisku – 7 dni oraz proces wypalania w temperaturze 80°C – 2 dni). Dopełnieniem manifestu ekologicznego, jaki stanowił sam budynek, była ekspozycja wewnątrz (pod kuratorską opieką autorów projektu). 

 Growing Pavilion
Autor: Oscar Vinck/Dutch Design Week Growing Pavilion został zaprezentowany w ramach Holenderskiego Tygodnia Designu w Eindhoven, proj. Pascal Leboucq & Lucas De Man (Company New Heroes) & Eric Klarenbeek (Klarenbeek & Dros), 2019

Grzybnia nie tylko w budownictwie

Potencjał wykorzystania grzybni w architekturze jest olbrzymi i wykracza daleko poza spektrum materiałów izolacyjnych i akustycznych oraz służących jedynie do tymczasowych zastosowań. Dziedzina, w której mycelium jest coraz chętniej używane, to też branża meblarska. Wykonanie drewnianego mebla wymaga nie tylko kilkudziesięciu lat oczekiwania na wzrost budulca, ale także kosztownego i szkodliwego dla środowiska transportu, podczas gdy produkcja tego samego mebla z grzybni jest możliwa w kilka tygodni i to z użyciem wyłącznie lokalnych surowców.

Niewielki ciężar materiałów z mycelium umożliwia także zastosowanie ich w produkcji elementów wyposażenia wnętrz, np. lamp. Polskim prekursorem jest tu Marek Głogowski, absolwent Wydziału Wzornictwa warszawskiej Akademii Sztuk Pięknych i holenderskiej Szkoły Designu w Eindhoven.

Popularyzuje on pomysł samodzielnego tworzenia przedmiotów z grzybni w ramach prowadzonych przez siebie warsztatów. Właściwości grzybni są także chętnie wykorzystywane w produkcji lekkich i biodegradowalnych opakowań, co już 14 lat temu wdrożyła firma Ecovative w ramach projektu Mushroom® Packaging, którym zainteresowanie wyraziła m.in. IKEA. Poza „przyziemnymi” zastosowaniami myceliumw przedmiotach codziennego użytku, alternatywną ścieżką jest architektura kosmiczna. Możliwość szybkiego wzrostu na miejscu oraz właściwości ochronne przeciw promieniowaniu kosmicznemu sprawiają, że grzybnię można zaklasyfikować do grupy obiecujących materiałów, które być może zostaną w przyszłości użyte do budowy baz na innych planetach.

Zagadnieniem zajmuje się m.in. laboratorium astrobiologii NASA Ames Research Center w Kalifornii. W dobie kryzysu klimatycznego branża budowlana jest szczególnie zobowiązana, by poszukiwać bardziej ekologicznych i neutralnych dla środowiska rozwiązań. Materiały pochodzenia biologicznego są naturalnym kierunkiem badań ze względu na stuprocentową odnawialność i biodegradowalność, a także niską emisyjność zarówno na etapie produkcji, transportu, jak i kolejnych etapów wykorzystania. Grzybnia stanowi w tym kontekście stosunkowo nową i mało rozpoznaną alternatywę, prezentując obiecujące właściwości. Na całym świecie działa dotąd jednak zaledwie kilka firm, które zajmują się produkcją materiałów w oparciu o plechę grzybów. Można wśród nich wymienić amerykańskie Mycellium.CO i Ecovative oraz europejskie Mogu i Biohm.

Dotychczasowe architektoniczne realizacje z użyciem grzybni stanowią przede wszystkim jednostkowe przypadki budynków tymczasowych lub futurystycznych mebli prezentowanych w ramach wydarzeń wystawienniczych, jednak rosnące zainteresowanie pozwala na optymistyczne prognozy dla dalszego rozwoju tej technologii.

Sandra Przepiórkowska, Jakub Świdziński, Aleksandra Śliwa

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Podziel się opinią
Grupa ZPR Media sprzeciwia się głoszeniu opinii noszących znamiona mowy nienawiści przepełnionych pogardą czy agresją. Jeśli widzisz komentarz, który jest hejtem, powiadom nas o tym, klikając zgłoś. Więcej w REGULAMINIE
Czytaj więcej