Chemical and biochemical investigations on the production of mycomaterials from softwood

Abstract

Biogene Reststoff-Partikel, welche durch Pilzmyzel zu einem festen „Mycomaterial“ verbunden sind bergen das Potenzial eine nachhaltige Alternative zu Dämm- und Verpackungsmaterialien aus fossilen Reststoffen zu werden, da sie in einen bioökonomischen Kreislauf eingebunden werden können. Die regionale und leichte Verfügbarkeit solcher biogener Reststoffe sind von großer Bedeutung. Einer der am leichtesten verfügbaren biogenen Abfallströme in Österreich – Reststoffe aus Nadelholz – eignet sich aufgrund seiner pilzhemmenden natürlichen Substanzen noch nicht für die effiziente Herstellung von Myco-materialien.Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Projekts MycoSoft des Kompetenzzentrums Holz GmbH (Wood K plus) durchgeführt. Das Projekt wurde vom Österreichischen Waldfonds (Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Klimaschutz, Umwelt, Regionen und Was-serwirtschaft) im Rahmen des Förderprogramms ThinkWood der FFG (Österreichische Bundesforschungsförderungsgesellschaft) gefördert. Ziel der Forschung war die Entwicklung von Verwertungsszenarien für Nadelholz-Sägemehl (> 90 % Fichte, < 10 % Tanne) aus einem lokalen österreichischen Sägewerk für einen Myzel-gebundenen Biokompositwerkstoff, der für zwei Anwendungsfälle geeignet ist:•als Verpackungsmaterial für die Formverpackung von PV-Wechselrichtern (Firmen-partner Fronius)•als Granulat für die Einblasdämmung im Holzbau (Firmenpartner Reisecker-Holzbau)Das Rohmaterial wurde unter verschiedenen Bedingungen mit Wasser und Ethanol/Wasser-Gemischen extrahiert. Die Extrakte wurden auf antifungale Verbindungen analysiert. Um die Wirksamkeit der Vorbehandlung zu bewerten, wurden verschiedene Pilzarten auf vorbehandeltes und unbehandeltes Rohmaterial aufgebracht, entweder mit Getreidebrut oder mit Flüssigkultur. Das resultierende Material mit dem dichtesten Myzelwachstum wurde anschließend in 3D-gedruckten Formen zur Herstellung von Formverpackungen verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Effekt der Rohmaterialvorbehandlung für ein schnelles und dichtes Myzelwachstum vernachlässigbar war. Die Zugabe von zusätzlichen Nährstoffen er-wies sich jedoch als unerlässlich für die Gewinnung eines stabilen Biokomposits mit ausreichendem Myzelwachstum.

Biogenic residual material particles bound by fungal mycelium to form a solid "myco-material" have the potential to become a sustainable alternative to insulation and packaging materials made from fossil residuals, as they can be fed into a bioeconomic cycle. The local origin and easy availability of such biogenic residues is of great importance. One of the most readily available biogenic waste streams in Austria - residue from coniferous wood - is not yet suitable for efficient production of myco-materials due to its fungus-inhibiting natural substances.The present work was carried out as part of the MycoSoft project of Kompetenzzentrum Holz GmbH (Wood K plus). The project was funded by the Austrian Waldfonds (Federal min-istry of Agriculture and Foresty, Climate and Environmental Protection, Regions and Water Management) in the funding program ThinkWood of the FFG (Austrian Federal Research Promotion Agency). Research objective was the development of utilization scenarios of softwood saw-dust (> 90% spruce, < 10% fir) originating from a local Austrian sawmill for a mycelium-bound bio-composite material suitable for two use-cases:•as packaging material for moulded packaging of PV inverters (company partner Fro-nius)•as granulate for blow-in insulation in wooden housing (company partner Reisecker-Holzbau)The raw material was subjected to extractive pre-treatments under varying conditions using water and ethanol/water mixtures. The extracts were analysed for antifungal compounds. To assess the effectiveness of pre-treatment, different fungal species were inoculated on-to pre-treated and untreated raw material using either grain spawn or liquid culture inoculum, respectively. The resulting material with densest mycelial growth was then used in 3D printed moulds to obtain form-packaging. Results have shown that for rapid and dense mycelial growth the effect of raw material pre-treatment was negligible, however, the addition of supplementary nutrients seemed to be an indispensable factor for obtaining a stable bio-composite with sufficient mycelial growth.