From anthropos to bios: A new material Paradigm : Experimenting the biological growth of fungal mycelium composites on architectural scales

Abstract

Bei dieser Diplomarbeit handelt es sich um eine angewandte Forschung, die in einen (1:1) Design und Build eines explorativen Pavillons umgesetzt wird, bei dem mit biologisch kultivierten Pilz-Myzel-Verbundwerkstoffen experimentiert wird. Dahinter steht das Bedürfnis, den heutigen Materialverbrauch im Bauwesen zu beleuchten und angesichts der aktuellen Klima- und Ressourcenkrise ein Modell für eine widerstandsfähige und anpassungsfähige Architektur vorzuschlagen. Wie kann einer der einflussreichsten Industriezweige von einem anthropozentrischen Modus Operandi zu einer bewussteren und ressourcenschonenden Zusammenarbeit mit anderen Lebensformen übergehen? Kann sich das Wissen über neue Materialien und Bauweisen erweitern und auf das zukünftige Wirtschaftssystem ausrichten? In Anbetracht der aktuellen Emissionsziele und Klimaschutzmaßnahmen fördert die Praxis des "business as usual" in Bezug auf Materialabbau und Produktion kein geschlossenes Kreislaufsystem, dessen Ziel es ist, Waren und Dienstleistungen nachhaltig zu produzieren und den Verbrauch und die Verschwendung von Ressourcen (Rohstoffe, Wasser und Energie) zu begrenzen. Andererseits macht unser Jahrhundert Fortschritte bei den technologischen Verbesserungen, die eine wichtige Rolle bei der Erprobung neuer Materialien und Baumethoden für den künftigen globalen Bedarf spielen können. Biobasierte Werkstoffe sind in verschiedenen Sektoren erfolgreich auf dem Vormarsch und stellen einen wichtigen Forschungsbereich dar. Darunter sind Pilz-Myzel-Verbundwerkstoffe eine kürzlich eingeführte Technologie, die dem Konzept eines solchen Kreislaufwirtschaftssystems entspricht, das darauf abzielt, Emissionen und Abfälle zu minimieren oder sogar zu vermeiden. Myzel ist die komplexe wurzelartige Struktur des Pilzes, die, wenn sie mit organischen Substraten verbunden ist, zu einer aktiven natürlichen Klebstoffquelle wird. Der Verbundstoff aus Pilzmyzel und organischem Substrat ist emissionsfrei, ungiftig, kostengünstig und vollständig recycelbar. Darüber hinaus hat sich Mycelium als hervorragendes Material erwiesen, wenn es um isolierende, schallabsorbierende, feuerhemmende und wasserabweisende Eigenschaften geht. Angesichts der Dringlichkeit des Klimawandels muss die Architektur visionäre Lösungen für die Fragen des übermäßigen Verbrauchs und der Nachhaltigkeit bieten. Wie können neue Formen entstehen und neue Materialien erforscht werden? Im Rahmen dieser angewandten Forschung wird die symbiotische Beziehung zwischen Architektur und Natur untersucht, um die Beziehung zwischen Design und Biologie zu erforschen. Können neue Materialien zu einer innovativen, anpassungsfähigen und nachhaltigen gebauten Umwelt beitragen, und kann die Beziehung zwischen Mensch und gebauter Umwelt sinnlicher, bewusster und ansprechender werden? Ein biomimetischer Ansatz ist der Katalysator dieses Diploms, und um die Beschaffenheit dieses Materials aus erster Hand zu prüfen, umfasst der qualitative Teil der Forschung Experimente, die während eines bestimmten Zeitraums im Labor der Universität durchgeführt wurden. Der Weg von der Biokultivierung einer Reihe von Myzelziegeln, Beobachtungen und empirischen Experimenten bis zum digitalen und physischen (vorläufigen und ausführenden) Prototyping des reinen Myzelpavillons im Maßstab 1:1 wird durch eine Laborjournaling-Methode dargestellt. Durch die Verknüpfung der mikrobiologischen Maßstab von Materialien mit der Makroebene der architektonischen Produktion versucht diese Arbeit, neue Wege für die aktuelle Agenda und die Zukunft von Designpraxis vorzuschlagen, bei denen die Rolle des Designers nicht die des Formgebers ist, sondern vielmehr durch die des Materialermöglichers ersetzt wird.

This Diploma Thesis is an applied research translated into a (1:1) design and build explorative pavilion that involves the experimentation of bio-cultivated fungal-mycelium composite materials. Underlying this, lies the need to shed light on today's construction industry use and depletion of materials and to propose a model of resilient and adaptive architecture in view of the current climate and resource crisis. How can one of the most impactful industries switch from an anthropocentric modus operandi to a more aware and resourceful co-operation with other species? Can the knowledge on new materials a construction methods expand and set itself on the future economic system? Considering current emission targets and climate mitigation actions, the practice of business as usual on material depletion and production is not promoting a closed loop system - whose goal is to produce goods and services sustainably, limiting consumption and waste of resources (raw materials, water and energy). Our century is on the other hand advancing in technological improvements, which can have an impactful role in the experimentation of emerging materials and construction methods for future global demands. Bio-based materials are successfully making their way as a prolific area of research in different sectors. Among them, fungal-mycelium composite materials are a recently implemented technology that fulfills the concept of such a circular economic system prospecting to minimize - or even avoid - emissions and waste. Mycelium is the complex root-like structure of the fungus, when bound together to organic substrates, living fungal mycelium becomes an active natural adhesive source. The composite made of fungal mycelium and the organic substrate is emission-free, non-toxic, low cost, and fully recyclable. Upon that, mycelium has proven to be an excellent material when it comes to insulating, acoustic absorbent, fire-retardant and water-repellant characteristics. Given the critical urgency of climate change, architecture must provide visionary solutions to the questions of over-consumption and sustainability. How can new forms emerge and new materials explored? In synthesis, this applied research explores the symbiotic relationship between architecture and nature, in order to investigate on the relation between design and biology. Can new materials contribute to an innovative, adaptive and sustainable built environment, and can the interaction between humans and built environment become more sensorial, inspirational and engaging? A biomimetic approach is the catalyst of this Diploma, and to prove firsthand the nature of this material, the qualitative part of the research includes experimentation conducted during a time-span conducted in the University laboratory. The journey from the bio-cultivation of a series of mycelium bricks, observations and empirical experiments to the digital and physical (preliminary and executive) prototyping of the 1:1 scale pure mycelium pavilion is provided through a lab-journaling method. By intersecting the micro-biological scale of materials to the macro of architectural production, this thesis seeks to propose new trajectories for current agendas and future of design practices, where the role of the designer is not the one of the form-giver but rather replaced by the material enabler.