El micelio , una estructura similar a una raíz que comprende el principal crecimiento vegetativo de los hongos , ha sido identificado como un sustituto ecológico para una letanía de materiales en diferentes industrias, incluidas, entre otras, las de embalaje, moda y materiales de construcción. [1] Dichos sustitutos presentan una alternativa biodegradable (también conocida como " material de construcción vivo ") a los materiales convencionales.
En particular, el micelio se exploró por primera vez como una alternativa de material ecológico en 2006. [2] Fue popularizado por Eben Bayer y Gavin McIntyre a través de su trabajo en el desarrollo de envases de micelio mientras fundaban su empresa, Ecovative , durante su estancia en el Instituto Politécnico Rensselaer . [2] [3] Desde sus inicios, la función del material se ha diversificado en muchos nichos.
Los compuestos a base de micelio requieren un hongo y un sustrato. “Micelio” es un término que se refiere a la red de fibras ramificadas, llamadas hifas, que crea un hongo para crecer y alimentarse. Cuando se introducen en un sustrato, los hongos penetran utilizando su red de micelio, que luego descompone el sustrato en nutrientes básicos para los hongos. Mediante este método, los hongos pueden crecer. En el caso de los compuestos a base de micelio, el sustrato no se descompone por completo durante este proceso y, en cambio, se mantiene entrelazado con el micelio. [5]
Los componentes principales de los hongos son quitina, polisacáridos, lípidos y proteínas. [4] Diferentes cantidades de composición de estas moléculas cambian las propiedades de los compuestos. Esto también es cierto para diferentes sustratos. Los sustratos que tienen mayores cantidades de quitina son más difíciles de descomponer para el micelio y dan lugar a una formación de compuestos más rígidos. [5] [4]
Las especies de hongos comúnmente utilizadas para cultivar micelio son los basidiomicetos aeróbicos, que incluyen Ganoderma sp., Pleurotus sp. y Trametes sp. [6] Los basidiomicetos tienen propiedades favorables como hongos para crear compuestos basados en micelio porque crecen a un ritmo relativamente constante y rápido, y pueden usar muchos tipos diferentes de desechos orgánicos como sustratos. [5] Algunas características en las que se diferencian estas especies son la elasticidad, la absorción de agua y la resistencia.
Por ejemplo, Trametes hirsuta forma una capa externa de micelio más gruesa que Pleurotus ostreatus . Esto permite que el compuesto de Trametes hirsuta permanezca flexible y estable en ambientes con alta humedad. [6] Además, Ganoderma lucidum exhibió mayor elasticidad, incluso con diferentes tipos de sustratos. [6] Diferentes combinaciones de hongos, sustrato y condiciones ambientales pueden afectar las propiedades del compuesto resultante; esta área de investigación continúa explorándose a medida que se expanden las aplicaciones de los compuestos basados en micelio.
En la mayoría de los materiales sintéticos existe un alto grado de control en los métodos de procesamiento del producto final, lo que da como resultado propiedades normalizadas. En el caso de estos materiales basados en micelio, el control es menor, ya que las propiedades de estos materiales varían significativamente y dependen no solo del procesamiento del material, sino también de las condiciones de crecimiento del micelio.
El micelio también se puede combinar con otros materiales naturales para formar biocompuestos. Estos biocompuestos tendrán propiedades diferentes a las de los materiales puros.
Del artículo Morfología y mecánica del micelio fúngico, se tomaron muestras de Ecovative Design, LLC y se prepararon de manera específica para pruebas mecánicas. [7] Su proceso comienza con la introducción del micelio al calcio y los carbohidratos en una bolsa de parche filtrante donde se deja crecer durante el transcurso de 4 a 6 días. Después de esto, el micelio se divide en trozos más pequeños para mantener una densidad y un crecimiento uniformes. Luego, el micelio se empaqueta en moldes con más nutrientes de crecimiento que se dejan durante 4 días con ajustes especiales de temperatura, humedad, oxígeno y otros factores. Una vez terminado, las muestras se toman en láminas y se secan a altas temperaturas para desactivar el proceso de crecimiento. Estas son las muestras que se someten a pruebas mecánicas. [7]
Los ensayos mecánicos incluyeron tracción y compresión uniaxiales, realizados utilizando una máquina de ensayo específica y realizados en condiciones ambientales. Para los ensayos de tracción, se utilizaron especímenes de hueso de perro de dimensiones 200 mm × 6 mm × 3,5 mm. Se probaron especímenes cuboides de dimensiones 20 mm × 20 mm × 16 mm bajo compresión. La tasa de deformación elegida fue de 4 × 10−4 por segundo hasta la falla para los ensayos de tracción, mientras que las muestras de compresión se deformaron a una tasa de 6,25 × 10−3 por segundo que oscilaba entre el 2% y el 20%. [7]
El primer paso en la fabricación de materiales utilizables a base de micelio es el cultivo de las materias primas. El micelio necesita un entorno húmedo con suficiente sustrato para crecer y, como se mencionó anteriormente, la dificultad para descomponer los azúcares del sustrato dará lugar a un material más resistente, impulsado principalmente por la concentración de quitina. Con un sustrato más fácil de digerir, el micelio crecerá más rápido y, por el contrario, tendrá menos resistencia. [8]
El patrón de crecimiento natural del micelio es una red apretada que ya tiene una calidad correosa y, mediante la fabricación por compresión, estas cualidades se pueden acentuar y utilizar para el cuero. [9] Para la mayoría de los demás usos del micelio, los hongos se cosechan, se secan y luego se cortan. Para reconstituirlo y hacer que el material sea menos quebradizo, se rehidrata y, a veces, se combina con otros materiales naturales como el lino, el cáñamo y muchos otros. [8]
Con el crecimiento previsto en el mercado de materiales basados en micelio, se están realizando muchas investigaciones para optimizar el crecimiento. Diferentes membranas, fuentes de luz, densidad de esporas, sustrato y concentración de humedad del sustrato. [10]
IKEA se ha comprometido con el embalaje de micelio, llegando a un acuerdo con Ecovative reconociendo el daño que se produce por el embalaje de poliestireno y el tiempo que tarda en descomponerse. [5] Las espumas de plástico pueden tardar cientos de años en descomponerse, mientras que los materiales a base de hongos pueden descomponerse en unas pocas semanas. [5] En Ecovative, cultivan embalajes de hongos conocidos como MyoComposite que pueden cultivarse en menos de una semana. Esta fabricación comienza en la fundición Ecovative Design en Green Island, Nueva York. Ecovative se asocia con varios agricultores locales para obtener productos agrícolas que se convierten en embalajes. Los materiales agrícolas se limpian y se clasifican en moldes donde se agregan los hongos que crecerán alrededor del material. Una vez que el hongo crece en todo el molde, el embalaje final recibe un tratamiento especial para detener el proceso de crecimiento. [5]
Según otra empresa, Grown Bio, los envases a base de micelio también tienen ventajas debido a la versatilidad de las formas de diseño, además de tener una alta capacidad de absorción de impactos y propiedades de aislamiento. [4] Utilizan un molde reutilizable impreso en 3D hecho de un biopolímero para crear sus productos, que luego se llenan con desechos agrícolas, agua y, por último, el micelio. Todo el proceso lleva una semana y, una vez que el envase ha cumplido su función, se descompone y se puede utilizar como fertilizante. [4]
En 2012, Ecovative se asoció con Sealed Air, en ese momento una empresa global de 7.600 millones de dólares mejor conocida por su plástico de burbujas y otros embalajes, [11] para licenciar su proceso de fabricación de material de embalaje a base de micelio.
Los compuestos a base de micelio aún no se han adaptado ampliamente como sustitutos de los ladrillos, las espumas sintéticas o la madera en la construcción. Sin embargo, su potencial de uso se ha estudiado en laboratorios y los resultados de experimentos que comparan los biocompuestos con los materiales actuales muestran que los biocompuestos tienen algunas ventajas sobre los materiales tradicionales. [12] [13]
Para formar las estructuras de los compuestos, el micelio necesita un sustrato en el que crecer. Para fabricar estos compuestos a base de micelio fuera de los procesos naturales, las opciones de sustrato incluyen materiales “sobrantes” comunes, como madera y paja. [12] El reciclaje de productos de desecho contribuye al bajo costo y al respeto al medio ambiente de los compuestos a base de micelio en comparación con los métodos y materiales actuales. [12]
El principal factor determinante de las propiedades de los compuestos es el tipo de sustrato utilizado. [14] Sin embargo, las condiciones de crecimiento y el contenido de humedad también pueden alterar las características de los compuestos. Para iniciar el crecimiento del micelio en el sustrato, primero se cultiva el micelio por separado y luego se combina con agua y el sustrato en un entorno estéril y muy controlado. El crecimiento del micelio se puede detener esterilizando el compuesto. Esto es necesario para evitar que el micelio digiera por completo el sustrato. [12]
En un estudio que compara el agregado de arcilla expandida liviana (LECA) y la vermiculita expandida (EV), dos materiales utilizados para fabricar hormigón, con un ladrillo cultivado con micelio, se descubrió que este último era un mejor aislante. [13] Estos resultados son similares cuando se compara un compuesto diferente basado en micelio con poliestireno extruido. Se descubrió que las propiedades de aislamiento térmico y compresión mecánica eran respectivamente mejores y equivalentes a las del poliestireno extruido. [15]
Sin embargo, la estructura de los compuestos a base de micelio tiene algunas consecuencias no deseadas. La primera es la novedad de estos materiales. Aún no se aceptan como sustitutos de los materiales de construcción comunes porque los investigadores aún están trabajando para comprender sus propiedades y cómo estas propiedades se ven afectadas por el tiempo, las condiciones ambientales, el sustrato y las especies de micelio. Los compuestos a base de micelio también tienen problemas con la absorción de agua. [12] Demasiada absorción de agua hará que los compuestos fallen bajo sus cargas mecánicas. [12] Se analizó la relación entre la densidad y la absorción de agua para determinar si el aumento de la densidad del compuesto protegerá la estructura en entornos de alta humedad. Los resultados encontraron que los compuestos con una densidad más alta se vieron ligeramente afectados por los niveles de humedad, pero se mantuvieron mecánicamente sólidos según el estándar necesario para los materiales de construcción. [13]
Al igual que con otras aplicaciones comunes en la construcción, los materiales a base de micelio también se han considerado para la aplicación de amortiguación acústica. Algunas especies que recientemente han sido objeto de especial consideración incluyen Pleurotus ostreatus (hongos ostra) y muchas especies individuales de la clase del filo Basidiomycetes , siendo conocida esta última clase por tener cuerpos de micelio compuestos principalmente de quitina. [16] [17]
Para construir dichos paneles acústicos, las hifas filamentosas del cuerpo del hongo deben aislarse, cosecharse y procesarse. Esto se puede hacer mediante un control cuidadoso de la humedad, la temperatura (85-95F), la concentración atmosférica de CO2 ( 5-7%) y los aditivos químicos/hormonales ( forskolina /ácido 10-oxo-trans-8-decenoico (ODA)), con el fin de no solo aumentar el volumen de crecimiento, sino también fomentar que el crecimiento resultante consista en un mayor porcentaje de material biopolimérico útil. También es posible un control preciso sobre la proporción de enlaces cruzados dentro del biopolímero de quitina resultante. [7]
Para construir un panel de material de amortiguación acústica, el hongo se puede suspender mecánicamente dentro de una cámara rígida y se le permite crecer hasta llenar el espacio. Una vez que se ha llenado el espacio, el micelio se comprime y se le permite crecer nuevamente en el espacio resultante, después de lo cual el producto se seca y se procesa posteriormente para aplicaciones específicas (estampado o fines decorativos). [7]
Los estudios han demostrado que los paneles resultantes, en comparación con los materiales de amortiguación acústica convencionales como espuma , corcho , fieltro , algodón y baldosas para techo , mostraron una absorción acústica comparable en frecuencias de alrededor de 3000 Hz y superiores, mientras que se quedaron cortos en rendimiento en frecuencias inferiores a 3000 Hz. [17] [8] El rendimiento de cualquier panel determinado depende en gran medida de la mezcla de sustrato, especies y otras variables mencionadas anteriormente, y produce perfiles de absorbancia variables. [8]
El nicho industrial del diseño de paneles de amortiguación acústica basados en micelio está siendo desarrollado actualmente por empresas como Mogu, que persiguen el mercado con su sistema de paneles acústicos FORESTA. [8] [18]
En la industria de la moda contemporánea se ha impulsado el uso de materiales de origen más ético para aliviar las preocupaciones ambientales. [19] Para satisfacer estas necesidades, empresas como Mycoworks y Ecovative han desarrollado materiales sostenibles para sustituir el cuero de distintos espesores y aplicaciones. [20] [21] Más allá de los textiles, los materiales a base de micelio también han encontrado uso como sustitutos en cuñas de maquillaje, máscaras para ojos y mascarillas en láminas debido a las propiedades mecánicas altamente variables de los materiales. [22]
Se pueden utilizar muchos procesos diferentes para crear dichos materiales, con una variedad de especies de hongos ( Ganoderma spp., Perenniporia spp., Pycnoporus spp., etc. [5] ), sin embargo, generalmente los textiles y otros materiales poliméricos se derivan de una fase de crecimiento, una fase de cosecha y una fase de prensado para crear el espesor de lámina deseado, [5] utilizándose el posprocesamiento para diferenciar el material para tareas específicas.