Hỗn hợp bã cà phê và nấm in 3D có thể thay thế nhựa

Nghiên cứu biến bã cà phê và nấm thành vật liệu in 3D

Mỗi năm, người Mỹ tiêu thụ khoảng 1,6 tỷ pound cà phê, trong đó hơn 1,1 tỷ pound bã cà phê bị loại bỏ. Nhận thấy tiềm năng từ lượng bã cà phê khổng lồ này, Danli Luo, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Washington, đã phát triển một công thức mới để biến bã cà phê thành dạng sệt (Mycofluid) để in 3D các vật thể thay thế nhựa, xốp, thủy tinh như vật liệu đóng gói, các mảnh bình hoa và một bức tượng nhỏ. Dạng sệt này được tiêm bào tử nấm Reishi, phát triển trên các vật thể để tạo thành “lớp da sợi nấm”. Lớp da này, một loại hệ thống rễ trắng của nấm, có thể liên kết các chất lỏng lại với nhau và tạo ra một vật liệu bền, chống nước và nhẹ.

Theo công bố trên tạp chí 3D Printing and Additive Manufacturing, công thức Mycofluid là một hỗn hợp này bao gồm bã cà phê đã qua sử dụng với bột gạo lứt, bào tử nấm Linh Chi, kẹo cao su xanthan (một chất kết dính thực phẩm phổ biến có trong kem và nước sốt trộn salad) và nước.

Luo cũng chế tạo một đầu máy in 3D mới cho máy in 3D Jubilee do phòng thí nghiệm Machine Agency của UW thiết kế. Hệ thống máy in mới có thể chứa tới một lít hỗn hợp và dễ dàng tùy chỉnh để sản xuất quy mô nhỏ. Sau khi in, các vật thể được giữ trong môi trường có độ ẩm cao để sợi nấm phát triển, tạo thành một lớp “da sợi nấm” bao phủ bề mặt. Quá trình này giống như quá trình sản xuất bộ dụng cụ trồng nấm tại nhà. Nhưng thay vì cho nấm phát triển thành cây, chúng được lấy ra sau khi lớp da sợi nấm màu trắng hình thành. Tiếp đến, các nhà nghiên cứu đã sấy khô các mảnh trong 24 giờ, điều này đã ngăn chặn quá trình kết trái của nấm và trở thành một lớp da. Lớp này không chỉ giúp liên kết vật liệu mà còn tăng độ bền, khả năng chống nước và làm cho sản phẩm hoàn toàn có thể phân hủy sinh học, thay thế nhựa xốp.

Nhóm đã sử dụng máy in nhiều vật thể khác nhau bằng Mycofluid: bao bì cho một chiếc cốc nhỏ, ba mảnh bình hoa, hai nửa bức tượng Moai và một chiếc quan tài hai mảnh có kích thước bằng một con bướm. Sau đó, các vật thể được phủ trong một thùng nhựa trong 10 ngày, trong thời gian đó, sợi nấm hình thành một loại vỏ bao quanh Mycofluid. Trong trường hợp của bức tượng và bình hoa, các mảnh riêng biệt cũng hợp nhất với nhau.

Họ cũng thực hiện loạt kiểm tra và cho biết vật liệu hoàn thiện nặng hơn Styrofoam, gần với mật độ của bìa cứng hoặc than củi. Sau một giờ tiếp xúc với nước, nó chỉ hấp thụ thêm 7% trọng lượng trong nước và khô gần bằng trọng lượng ban đầu trong khi vẫn giữ nguyên hình dạng. Nó bền và dai như polystyrene và bọt polystyrene giãn nở, chất được sử dụng để làm Styrofoam.

Tính chất của vật liệu Mycofluid từ hỗn hợp bã cà phê và nấm

Theo thực nghiệm kiểm tra, Mycofluid từ hỗn hợp bã cà phê và nấm có nhiều đặc tính vượt trội so với nhựa truyền thống như:

Bền và nhẹ: Mật độ của vật liệu gần với bìa cứng hoặc than củi, nhưng có độ bền tương đương polystyrene và xốp Styrofoam.

Chống nước tốt: Sau một giờ tiếp xúc với nước, vật liệu chỉ hấp thụ thêm 7% trọng lượng nước và có thể khô gần như về trạng thái ban đầu mà không thay đổi hình dạng.

Dễ dàng in 3D: Hệ thống in 3D do nhóm nghiên cứu phát triển có thể tạo ra nhiều vật thể phức tạp, thậm chí các mảnh riêng lẻ có thể hợp nhất với nhau nhờ sợi nấm.

Hoàn toàn phân hủy sinh học: Không giống như nhựa truyền thống, Mycofluid có thể phân hủy hoàn toàn mà không để lại vi nhựa trong môi trường.

Ứng dụng và tiềm năng của vật liệu in 3D bằng bã cà phê và nấm

Nhóm nghiên cứu nhận thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của Mycofluid, đặc biệt trong sản xuất quy mô nhỏ, nơi cần các vật liệu đóng gói bền vững cho các sản phẩm dễ vỡ như đồ thủy tinh. Ngoài ra, với khả năng tạo hình linh hoạt, vật liệu in 3D bằng bã cà phê còn có thể được sử dụng trong thiết kế nội thất, nghệ thuật và nhiều lĩnh vực sáng tạo khác.

Mặc dù Mycofluid chưa được thử nghiệm cụ thể về tốc độ phân hủy trong môi trường tự nhiên, nhưng tất cả thành phần của nó đều có khả năng phân hủy hoàn toàn. Nhóm nghiên cứu cũng đang tìm cách mở rộng công nghệ này bằng cách thử nghiệm các loại chất thải thực phẩm khác để tạo ra những loại vật liệu tương tự.

Nhựa đã thống trị ngành công nghiệp trong nhiều thập kỷ, nhưng với những giải pháp đổi mới như vật liệu bằng bã cà phê và nấm (Mycofluid) để thay thế nhưạ, xốp, chúng ta có thể hình dung một tương lai nơi vật liệu bền vững trở thành tiêu chuẩn. Cà phê không chỉ giúp chúng ta tỉnh táo mỗi ngày, mà còn có thể góp phần bảo vệ hành tinh. Bạn có sẵn sàng thử một chiếc hộp đựng từ bã cà phê cho tách cà phê của mình không?