Et hold forskere fra Freiburg Universitet har opdaget et bionedbrydeligt træmateriale, som kan bruges til at 3D-printe letvægtsbygninger og andre komplekse strukturer.
Materialet er en slags tyktflydende dej, som består af hundrede procent organisk materiale fra papir. Dejen har to bestanddele, cellulose og lignin, der begge findes i papirets primære ingrediens: træ.
Printer er ladet med organisk beton og armeringsjern
Cellulose er et komplekst kulhydrat bestående af sukkermolekyler, som desuden er det mest almindelige organiske stof i verden. Cellulose udgør nemlig den primære byggeklods i de fleste planters cellevægge. Rent bomuld indeholder 90 procent cellulose, mens træer indeholder mellem 40 og 50 procent .
Man kan sammenligne cellulose med armeringsjernet i en betonvæg: Det er det kemiske skelet, som sørger for styrken i en plantes struktur.
En 3D-printer ladet med en organisk dej af 50% cellulose og 50% lignin fra papirprodukter frembringer strukturer, der kan bruges i nybyggeri. Når bygningerne igen falder fra hinanden, kan materialet genbruges på ny.
Den anden bestanddel i det nye materiale er lignin. Hvis cellulose er armeringsjernet, fungerer lignin som betonen. Lignin fylder nemlig hulrummene mellem cellevæggens cellulosemolekyler ud, binder dem sammen og regulerer strukturens smidighed.
Lignin udgør 30 procent af det organiske kulstof i atmosfæren, og det findes især i træer og andre vedplanter, hvor det står for den såkaldte forvedning, som gør planterne hårde og “træagtige.”
Kun 58% af verdens papir genbruges
Forskerne benyttede lignin og hydroxypropyl-cellulose – en særlig form for cellulose, hvor molekylerne arrangerer sig som krystaller, selvom den er flydende – og låste de to stoffer sammen med en carboxylsyre, der spaltede overskydende vand fra. På den måde var de i stand til at danne en smidig bioplastik, som kan bruges til at 3D-printe med.
Når man skal 3D-printe med et materiale, udsætter man det for høje temperaturer, så det smelter, hvorefter det presses nøjagtigt gennem en dyse og så til sidst størkner igen i den ønskede form.
Lignin har det problem, at det ikke smelter ved høj temperatur. Det forkuller, og det gør materialet for tyktflydende. Men den særlige kombination med cellulose er med til at sørge for, at materialet forbliver flydende.
Indtil videre har forskerne hentet ren lignin fra birketræer, men næste skridt er at undersøge, hvordan restprodukter fra papirproduktion kan genbruges. Papirindustrien producerer nemlig en overflod af lignin som restprodukt, der i dag oftest ender på forbrændingen. Håbet er, at papiresterne i fremtiden kan bruges til at bygge huse af.
Alene i USA forbruges 85 mio. tons papir om året – og på verdensplan er det kun 58 procent af papiret, der genbruges.