Pilze werden bereits seit vielen Jahrzehnten wirtschaftlich genutzt, um Inhaltsstoffe oder Arzneimittelwirkstoffe herzustellen. Das innovative Nutzungspotenzial von Pilzen zeigt sich seit einigen Jahren in neuartigen Werkstoffen, die als nachhaltiger Ersatz für Styropor, Leder oder Baumaterialien dienen. Hierfür wachsen Pilze auf natürlichen Reststoffen und bilden ein Pilzmyzel, das zum Produkt weiterverarbeitet wird. Im Cross-Cluster Projekt WECLA haben der Cluster Neue Werkstoffe, der Cluster Ernährung, der Chemie-Cluster Bayern, die Koordinierungsstelle Additive Fertigung und das Kompetenz-Netzwerk Digitale Landwirtschaft Bayern Informationen zu zukünftigen Technologiefeldern aufbereitet, um Hintergründe und Anwendungspotenziale aufzuzeigen. Der Beitrag wurde im Rahmen des Projektes vom Cluster Neue Werkstoffe erstellt.
Viele Menschen sind passionierte „Schwammerl“-Sucher und es ist auch Allgemeinwissen, dass Hefe für die Herstellung von Bier, Wein und Brot benötigt wird. Pilze können jedoch noch viel mehr. Es wird angenommen, dass es mehrere Millionen Pilzarten gibt, von denen bisher nur ca. 120.000 beschrieben sind. Allein dies lässt vermuten, dass sich zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten aus der Nutzung neuer Pilzarten ergeben, von pharmazeutischen Wirkstoffen über Produktionsorganismen für nachhaltige Grundchemikalien bis hin zu veganen Alternativen für Fleisch.
Obwohl Pilze schon seit langem industriell genutzt werden, um Penicillin oder Zitronensäure zu produzieren, arbeiten Start-ups und ExpertInnen aus Forschung, Design und Architektur erst seit wenigen Jahren daran, aus Pilzen nachhaltige Werkstoffe für nachhaltige Produkte herzustellen. Genauer gesagt nutzt man dazu Pilzhyphen. Diese fadenförmigen Zellen eines Pilzes bilden das sogenannte Myzel, die Gesamtheit aller Hyphen. Es ist das unterirdisch wachsende „Wurzelgeflecht“ eines Ständerpilzes. Der Schwammerlsucher sieht das Myzel normalerweise nicht, da nur der oberirdische Fruchtkörper von Interesse ist.
Neben den typischen Speisepilzen kennt man auch zahlreiche Baumpilze, wie beispielsweise den Austernseitling oder den Zunderschwamm. Diese wachsen auf kranken Bäumen oder Totholz und bauen die Lignocellulose, aus der das Holz aufgebaut ist, ab, um daraus benötigte Nährstoffe zu gewinnen.
Diese Pilze kann man auf organischen Reststoffen in Kultur züchten. Als Ausgangssubstrat eignen sich Reststoffe aus der Agrar- oder Forstwirtschaft, wie beispielsweise Stroh, Holzreste, Sägespäne, Hanfschäben, Schilfreste oder Treber. Dabei bauen die Pilze die lignocellulosehaltigen Bestandteile der Pflanzenreste teilweise ab und bilden ein dreidimensionales Geflecht. Dadurch wird das Ausgangssubstrat zu einem natürlichen Verbundwerkstoff verdichtet, das gleichzeitig stabil und leicht ist.
Abhängig von den Kultivierungsbedingungen, dem eingesetzten Pilz und den gewählten Substraten können verschiedene Materialeigenschaften erzielt werden. So lassen sich feste, robuste oder weiche und flexible Materialien herstellen. Werden faserige Reststoffe wie Hanffasern in das Substrat eingearbeitet, können aus dem Myzel auch Naturfaserverbundwerkstoffe hergestellt werden. Auch Dicke, Textur, Haptik und teilweise die Farbe lassen sich anpassen. Größe und Form des Biomaterials können durch Wachstum in vorgefertigten Formen beeinflusst werden. Durch Trocknung und Pressverfahren wird das Material in die endgültige Form gebracht.
Für eine gleichbleibende Qualität der Produkte sind standardisierte Prozessbedingungen notwendig. Wenn mit natürlichen Materialien gearbeitet wird, ist dies ist oft nicht einfach. Das Start-up Fungarium aus Erlangen entwickelt daher einen neuen Ansatz: Um regional und saisonal anfallende Reststoffe aus der Landwirtschaft zu myzel-basierten Werkstoffen mit gleichen Eigenschaften und Qualität zu verarbeiten, wird Künstliche Intelligenz genutzt. Der Algorithmus errechnet die jeweils beste Kombination von Reststoff und Pilz, um die gewünschten Eigenschaften bei gleichbleibender Qualität zu ermöglichen.
Myzel-basierte Werkstoffe haben zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften. Neben der ressourcenschonenden, energie- und CO2-armen Herstellung sind die Produkte auch nach Verarbeitung abbaubar bzw. kompostierbar. Das leichte und formbare Material hat zudem gute Dämmeigenschaften.
Die Biomaterialien aus Pilzen haben darüber hinaus ein vielseitiges Anwendungspotenzial. Neben dem Ersatz von Styropor als Verpackungsmaterial werden daraus auch nachhaltigere Alternativen für Leder entwickelt. Von Möbeln, Design- und Interieurprodukten bis hin zu Bau- und Isoliermaterialien, Laminatersatz und Akustikpanelen sind viele Anwendungen denkbar.
Trotz der vorteilhaften Eigenschaften von myzel-basierten Werkstoffen bleiben Herausforderungen, wie der Zugang zu und Logistik von biogenen Rest- und Abfallstoffen und der Aufbau von industrialisierten Prozessen. Dabei bleibt eine Herausforderung auch gleichbleibende Produktqualität zu erreichen. Das gilt natürlich während des Upscaling-Prozesses, aber vor allem auch, wenn regional und saisonal unterschiedliche Reststoffe eingesetzt werden.
Nicht zuletzt gilt es auch Geschäfts- und Endkunden von den Vorteilen der myzel-basierten Werkstoffe zu überzeugen und die Vermarktung in die Anwenderbranchen aufzubauen.
Das Unternehmen Ecovative Design aus den USA entwickelt beispielsweise seit 2007 myzel-basierte Materialien und hat eine Pilzfarm aufgebaut, um im kommerziellen Maßstab in einem kontinuierlichen Prozess myzel-basierte Materialien herzustellen. Ein hanffaserverstärktes Pilzkomposit wird für das Baugewerbe als Dämmstoff mit flammhemmenden Eigenschaften gefertigt. Neben stoßsicherem Verpackungsmaterial für den Computerhersteller Dell oder den Möbelhersteller Ikea wird auch eine nachhaltige Alternative für Schaumstoff und veganes Leder produziert.
Mogu aus Italien produziert myzel-basierte Designprodukte für Innenräume. Dazu gehören verschiedene 3D-geformte Akustikpanele zu Schallabsorption und Bodenbeläge sowie mit biobasiertem Harz beschichtete Fliesen.
Weitere Unternehmen, die myzel-basierte Produkte herstellen, sind unter anderem Grown.Bio, Biohm, MycoWorks, Mycelium Materials Europe B.V., Zvnder, Bolt Threads oder Mycotech Lab. Diese Unternehmen stellen u.a. Ersatz für Leder her, das in der Textilindustrie zu Schuhen oder Taschen verarbeitet werden kann. Darüber hinaus gibt es auch Start-ups, die sich auf die Herstellung von Fleischersatz mit Hilfe von Pilzmyzel spezialisiert haben.
Cross-Cluster-Projekt „WECLA“
“Alternative technologische Ansätze für Inhaltsstoffe, Materialien und Lebensmittel – Umfeldanalyse zu innovativen Start-ups und aktuellen Forschungsentwicklungen mit dem Ziel des Wissenstransfers“
Eine Zusammenarbeit der Cluster und Initiativen:
Gefördert vom Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, im Rahmen der Förderinitiative “Cross-Cluster-Bayern 2022”.
