Mycolution, Mycelium, Insulation, Solution : Entwicklung eines kreislauffähigen Dämmstoffs auf Basis des Austernpilzes Pleurotus ostreatus.

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von myzelbasierten Dämmstoffen als nachhaltige Alternative zu konventionellen Materialien wie EPS und Mineralwolle. Diese herkömmlichen Dämmstoffe sind aufgrund ihrer schlechten Recycelbarkeit und umweltschädlichen Eigenschaften problematisch. Nach ihrer Nutzungsdauer landen sie oft als Sondermüll auf Deponien oder in Verbrennungsanlagen. Angesichts der Herausforderungen des Klimawandels und der Notwendigkeit nachhaltiger Baustoffe wird der Bedarf an ökologischen Alternativen immer dringlicher. Hier setzt die Kreislaufwirtschaft an, die darauf abzielt, Materialkreisläufe zu schließen, Abfälle zu reduzieren und Primärrohstoffe effizienter zu nutzen. Myzelbasierte Dämmstoffe, die aus den fadenförmigen Strukturen von Pilzen in Kombination mit einem zellulosehaltigen Stoff wie Holz oder Stroh bestehen, bieten hier eine vielversprechende Lösung. Sie sind vollständig biologisch abbaubar und können am Ende ihrer Lebensdauer in den natürlichen Kreislauf zurückgeführt werden. Diese Dämmstoffe fördern die Kreislaufwirtschaft, indem sie Abfallstoffe in wertvolle Ressourcen umwandeln und den ökologischen Fußabdruck von Gebäuden verringern. Ziel der Arbeit ist es, die Herstellung und Anwendung von myzelbasierten Dämmstoffen zu untersuchen und zu zeigen, wie diese Materialien einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Der Fokus liegt auf der Verwendung lokaler, verfügbarer Rohstoffe wie Stroh in Kombination mit dem Myzel des Austernseitlings (Pleurotus ostreatus), das als natürlicher Klebstoff fungiert. Der Herstellungsprozess ist vergleichsweise simpel und umfasst die Schritte Vorbereitung, Pasteurisierung oder Sterilisation des Substrats, Vermischung der Rohstoffe, Befüllen der Wachstumsbehälter, die Wachstumsphase und die Materialtrocknung. Diese Arbeit soll als Grundlage für die Weiterentwicklung und Markteinführung myzelbasierter Dämmstoffe dienen. Im Vergleich zu konventionellen Dämmstoffen wie EPS und Mineralwolle weisen myzelbasierte Dämmstoffe vergleichbare Wärmedämmeigenschaften auf und können je nach Materialdichte aber stark variieren. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt im Schnitt etwa 0,05 W/mK, was nahe an den Werten herkömmlicher Dämmstoffe liegt. Die Schalldämmung ist sogar besser als bei EPS. Ein Nachteil ist die höhere Wasseraufnahme, die jedoch durch Oberflächenbehandlungen verbessert werden kann. Die Brandschutzklasse B1 zeigt, dass myzelbasierte Dämmstoffe ausreichend sicher sind und durch Zusätze wie Siliziumdioxid weiter optimiert werden können. Ein wichtiger Aspekt der Arbeit ist die Resistenz gegenüber Schimmel und Schädlingen, da dieses Thema in diesem Kontext noch kaum behandelt wurde. Es wird aufgezeigt wie es überhaupt zur Bildung von Schimmel kommt und mit welchen Mitteln dies verhindert werden kann. Dies erfolgt zum einen durch die Anpassung und Kontrolle der Raumbedingungen während dem Wachstum, durch die Anpassung des pH-Wertes oder den Einsatz verschiedener natürlicher Zusätze oder Beschichtungen. Kommt es dennoch zur Schimmelbildung werden aber auch Möglichkeiten zur nachträglichen Behandlung aufgezeigt. Zudem zeigt die Arbeit, dass myzelbasierte Dämmstoffe eine hervorragende ökologische Bilanz aufweisen, indem eine ausführliche Lebenszyklusanalyse erstellt wird. Sie benötigen deutlich weniger Energie in der Herstellung und verursachen geringere CO2-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichen Dämmstoffen. Die Arbeit zeigt auch praktische Anwendungsmöglichkeiten, sowie eine Montageanleitung der myzelbasierten Dämmstoffe auf. Sie können in Neubauten sowie bei Sanierungen verwendet werden und bieten eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Materialien. Die Standardisierung und Zertifizierung dieser Dämmstoffe ist entscheidend für ihre Marktfähigkeit, und die Arbeit diskutiert mögliche Herausforderungen und Wege zur Erfüllung bestehender Normen. Wirtschaftlich betrachtet sind die Herstellungskosten myzelbasierter Dämmstoffe relativ gering, insbesondere bei der Nutzung lokaler Abfallstoffe. Das Kapitel zur Skalierung und Kommerzialisierung erläutert Strategien zur effizienten Integration dieser Dämmstoffe in größere Produktionsprozesse und deren Markteinführung, um ihre Verbreitung als nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Materialien zu unterstützen. Im Abschluss der Arbeit wird eine SWOT-Analyse der myzelbasierten Dämmstoffe präsentiert. Die Stärken liegen in ihrer Umweltfreundlichkeit, dem geringen Energiebedarf, den geringen Kosten, den Brandschutzeigenschaften und der Nutzung lokaler Abfallstoffe. Schwächen bestehen in der höheren Feuchtigkeitsanfälligkeit und der damit einhergehenden mangelnden Schimmelresistenz, sowie der noch fehlenden Langzeitforschungen. Der Ausblick zeigt, welche nächsten Schritte gesetzt werden sollten und dass myzelbasierte Dämmstoffe eine wirtschaftlich interessante und nachhaltige Alternative darstellen. Sämtliche durchgeführten Experimente wurden ausführlich dokumentiert und liefern wertvolle Erkenntnisse zur Herstellung, Optimierung und Anwendung der myzelbasierten Dämmstoffe. Diese Experimente sind eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung und Verbreitung dieses innovativen Baustoffs. Der übergeordnete Zweck der Arbeit ist es, die Grundlage für eine schnelle Umsetzung dieser umweltfreundlichen Dämmstoffe zu schaffen und die schädlichen, konventionellen Materialien durch kreislauffähige Alternativen zu ersetzen.

This thesis explores the development of mycelium-based insulation materials as a sustainable alternative to conventional materials such as EPS and mineral wool. These traditional insulation materials are problematic due to their poor recyclability and environmentally harmful properties. After their use, they often end up as hazardous waste in landfills or incinerators. Given the challenges of climate change and the need for sustainable building materials, the demand for ecological alternatives is becoming increasingly urgent. This is where the circular economy comes into play, aiming to close material loops, reduce waste, and use primary raw materials more efficiently. Mycelium-based insulation, made from the thread-like structures of fungi combined with wood or straw, offers a promising solution. These materials are fully biodegradable and can be returned to the natural cycle at the end of their lifespan. Mycelium-based insulation supports the circular economy by transforming waste into valuable resources and reducing the ecological footprint of buildings. The goal of this work is to investigate the production and application of mycelium-based insulation and demonstrate how these materials can be manufactured easily and cost-effectively. The focus is on using local, available raw materials such as straw in combination with the mycelium of the oyster mushroom (Pleurotus ostreatus), which acts as a natural adhesive. The manufacturing process is relatively simple and includes the steps of preparation, pasteurization or sterilization of the substrate, mixing of raw materials, filling the growth containers, the growth phase, and material drying. This work aims to serve as a foundation for the further development and market introduction of mycelium-based insulation. Compared to conventional insulation materials such as EPS and mineral wool, mycelium-based insulation exhibits comparable thermal insulation properties, though these can vary significantly depending on the material density. The average thermal conductivity is about 0.05 W/mK, which is close to the values of traditional insulation materials. The sound insulation is even better than EPS. A disadvantage is the higher water absorption, which can be improved through surface treatments. The fire protection class B1 shows that mycelium-based insulation is sufficiently safe and can be further optimized with additives such as silicon dioxide. An important aspect of this work is the resistance to mold and pests, a topic that has been scarcely addressed in this context. It explains how mold formation occurs and what measures can prevent it. This is achieved by adjusting and controlling room conditions during growth, modifying the pH value, or using various natural additives or coatings. If mold formation does occur, post-treatment options are also presented. Additionally, the paper shows that mycelium-based insulation has an excellent ecological footprint, supported by a detailed life cycle analysis. They require significantly less energy in production and generate lower CO2 emissions compared to conventional insulation materials. The work also presents practical application possibilities and a mounting guide for mycelium-based insulation. They can be used in new constructions as well as renovations, offering an environmentally friendly alternative to conventional materials. The standardization and certification of these insulation materials are crucial for their marketability, and the paper discusses potential challenges and ways to meet existing standards. From an economic perspective, the production costs of mycelium-based insulation are relatively low, especially when using local waste materials. The chapter on scaling and commercialization outlines strategies for efficiently integrating these insulation materials into larger production processes and their market introduction, supporting their spread as a sustainable alternative to conventional materials. The conclusion of the work presents a SWOT analysis of mycelium-based insulation. Strengths lie in their environmental friendliness, low energy demand, low costs, fire protection properties, and the use of local waste materials. Weaknesses include higher moisture susceptibility and associated mold resistance, as well as the lack of long-term studies. The outlook outlines the next steps and emphasizes that mycelium-based insulation is an economically interesting and sustainable alternative. All conducted experiments were thoroughly documented and provide valuable insights into the production, optimization, and application of mycelium-based insulation. These experiments are an important foundation for the further development and dissemination of this innovative building material. The overarching purpose of the work is to create the basis for the rapid implementation of these environmentally friendly insulation materials and to replace harmful, conventional materials with circular alternatives.