En forskargrupp från tyska Freiburg Universitet har upptäckt ett biologiskt nedbrytbart trämaterial som kan användas för att skriva ut lätta byggnader och andra komplexa strukturer i 3D.
Materialet är en slags tjockflytande deg som består av hundra procent organiskt material från papper. Degen har två beståndsdelar, cellulosa och lignin, som bägge återfinns i papperets primära ingrediens: Trä.
Skrivare laddas med organisk betong och armeringsjärn
Cellulosa är en komplex kolhydrat bestående av sockermolekyler, som dessutom är det vanligaste organiska ämnet i världen. Cellulosa utgör nämligen den primära byggstenen i de flesta växters cellväggar. Ren bomull innehåller 90 procent cellulosa och trä innehåller mellan 40 och 50 procent cellulosa.
Man kan jämföra cellulosa med armeringsjärnet i en betongvägg: Det är det kemiska skelettet som står för styrkan i växtens struktur.
En 3D-skrivare laddad med en organisk deg av 50 procent cellulosa och 50 procent lignin från pappersprodukter skapar strukturer som kan användas i nybyggnation. När byggnaderna rasar kan materialet återigen återvinnas.
Den andra beståndsdelen i det nya materialet är lignin. Om cellulosan är armeringsjärnet är ligninet betongen. Ligninet fyller ut hålrummen mellan cellväggens cellulosemolekyler, binder ihop dem och reglerar strukturens flexibilitet.
Lignin utgör 30 procent av allt organiskt kol i atmosfären och det återfinns i synnerhet i trä och vedartade växter där det står för den så kallade förvedningen som gör växter hårda och “träaktiga”.
Endast 58 procent av världens papper återvinns
Forskarna använder lignin och hydroxipropylcellulosa – en speciell form av cellulosa där molekylerna arrangerar sig som kristaller trots att den är flytande – och kopplade ihop de båda ämnena med hjälp av en karboxylsyra som avspjälkade överflödigt vatten. På så sätt kunde de få fram en smidig bioplast som kan användas för 3D-utskrifter.
När man ska skriva ut ett material i 3D utsätts det för höga temperaturer så att det smälter, varefter det pressas genom en dysa och slutligen stelnar i önskad form.
Problemet med lignin är att det inte smälter vid höga temperaturer. Det förkolnar, vilket gör materialet alltför trögflytande. Men den speciella kombinationen med cellulosa gör att materialet förblir flytande.
Hittills har forskarna extraherat ren lignin från björk, men nästa steg är att undersöka hur restprodukter från pappersproduktion kan återvinnas. Pappersindustrin producerar nämligen ett överflöd av lignin som restprodukt och vanligtvis hamnar det till slut på en förbränningsanläggning. Förhoppningen är att resterna från pappersproduktionen i framtiden ska kunna användas för att bygga hus.
Enbart i USA används 85 miljoner ton papper varje år – och sett över hela världen är det endast 58 procent av allt papper som återvinns.