Архитектура на дрожжах: как хлебопекарные грибки меняют дизайн интерьеров

Ученые создали строительный материал нового типа из ингредиента, который чаще можно встретить в хлебе, пиве и тесте для пиццы, — пекарских дрожжей.

Эту податливую пасту на основе дрожжей можно выдавливать через 3D-принтер, сушить при комнатной температуре и превращать в легкие архитектурные элементы: стеновые панели, перегородки для зонирования пространства и экраны, смягчающие резкий солнечный свет.

В отличие от бетона, штукатурки или множества пластиков, используемых в отделке интерьеров, которые производятся из нефтепродуктов и с трудом поддаются переработке, новый материал разработан так, чтобы свести отходы к минимуму. В нем применяются возобновляемые компоненты, и в перспективе он сможет использовать промышленные остатки пивоварения, сельского хозяйства и других процессов, богатых дрожжевыми культурами.

«Интерес возник из более широкой цели: объединить архитектурный дизайн, ориентированный на цикличность, устойчивые биоматериалы и цифровое производство, чтобы разработать полностью биоосновной архитектурный материал из распространенных возобновляемых ресурсов», — рассказала в интервью Live Science по электронной почте Малгожата Збоиньска, профессор архитектуры в Технологическом университете Чалмерса в Швеции и один из авторов исследования.

Исследование было опубликовано 5 марта в журнале Frontiers of Architectural Research.

Строим на дрожжах

Чтобы создать биоматериал, исследователи сначала нагрели дрожжи для деактивации, чтобы в готовом продукте они не были живыми. Затем они смешали их с древесными целлюлозными волокнами, гелем на основе водорослей под названием альгинат, растительными сахарами и водой. В результате получился гладкий гидрогель — мягкий желеобразный материал, способный удерживать заданную форму и формоваться с помощью 3D-принтера.

«Мы используем экструзионную 3D-печать при комнатной температуре, что важно с точки зрения устойчивости — этот метод не требует энергоемкого нагрева или дополнительных поддержек», — пояснила Збоиньска.

После печати изделия оставляли сохнуть при комнатной температуре. По мере испарения воды гель затвердевал, превращаясь в стабильное, легкое твердое вещество. Самые прочные образцы достигли средней прочности на разрыв в 2,7 мегапаскаля — это примерно соответствует прочности фруктовой пастилы, — и растягивались до 25,2% перед разрывом. Несмотря на не самую высокую прочность, материал отлично держит форму, что критически важно для создания таких продуктов, как ширмы и обои.

«Структурно мы обнаружили, что дрожжи ведут себя по-разному в зависимости от способа обработки, — добавила Збоиньска. — Это позволяет нам настраивать свойства материала путем относительно простых изменений в рецептуре».

Исследователи выяснили, что, когда дрожжевые клетки остаются неповрежденными, они действуют в основном как наполнитель, придавая материалу объем. Но при деактивации дрожжи высвобождают внутренние компоненты, которые помогают связывать смесь воедино.

Тонкая настройка материи

Меняя рецептуру и рисунок печати, команда могла изменять цвет, текстуру, пористость и светопроницаемость материала. В ходе исследования напечатанные прототипы размером 20 на 50 сантиметров пропускали от 5,6% до 31,6% света, в зависимости от дизайна. Детализация позволяет создавать поверхности, напоминающие тонкое кружево или фактурную штукатурку: от грубоватых, тактильно приятных панелей до ажурных решеток, отбрасывающих причудливые тени. Сама технология печати напоминает работу кондитера, выдавливающего крем из мешка, — только в роли сладкой массы выступает «тесто» из деактивированных микроорганизмов.

Зеленое будущее для дизайнеров интерьеров

Строительный сектор потребляет огромное количество сырья и энергии, и исследователи ищут альтернативы с меньшим воздействием на природу. Збоиньска и ее команда надеются, что материалы на основе дрожжей смогут заменить некоторые продукты для интерьера, получаемые из ископаемого топлива, — синтетическую плитку, шторы или пластиковые панели, — но не несущие конструкции вроде стали и бетона.

«Биоматериалы обычно считаются более безопасными для окружающей среды при утилизации», — сообщил в электронном письме Тимоти Лонг, директор Центра дизайна биоустойчивых макромолекулярных материалов и производства в Университете штата Аризона, не принимавший участия в этом исследовании. Лонг предупредил, что даже если биоматериалы, подобные этому дрожжевому продукту, спроектированы так, чтобы минимизировать отходы, они работают лишь при наличии протоколов, обеспечивающих правильную утилизацию. «Поэтому, даже несмотря на то, что это биоосновные материалы, мы как сообщество должны сосредоточиться на сборе, переработке и повторном использовании этих материалов», — подчеркнул он.

Тем не менее, Лонг полагает, что даже при отсутствии отлаженных практик переработки для таких особых материалов они всё равно могут оказывать положительное влияние на экологию. «Существуют доказательства того, что если биоматериалы остаются в биологической среде, продукты их разложения, скорее всего, будут безопаснее для человека и планеты, чем небиоразлагаемые аналоги», — сказал он.

Симбиоз технологий и природы

Потенциал дрожжевого материала не ограничивается внутренней отделкой. Ученые уже обсуждают возможность введения в гидрогель спор мха или семян растений, чтобы панели со временем покрывались живой зеленью, превращая интерьеры в вертикальные сады. Другое направление — программируемое разложение: архитектор мог бы задать срок службы временной перегородки, по истечении которого материал начнет безопасно разрушаться, превращаясь в компост для новых изделий.

Впрочем, перед дрожжевым материалом всё еще стоят серьезные вопросы. Команда пока не проверяла, как долго он служит, как реагирует на влажность с течением времени и каковы его термические или акустические свойства. Также не изучено, могут ли деактивированные дрожжи вызывать реакции у людей с аллергией на грибки. Прежде чем материал попадет в реальные здания, исследователям необходимо повысить точность печати, масштабировать производство и точнее отрегулировать параметры изгиба и усадки при высыхании, признает Збоиньска.

Но уже сейчас работа указывает на то, что будущее дизайна интерьеров может начаться с чана с самыми обычными дрожжами. «Исследование задает направление для новых подходов к циркулярному дизайну и устойчивому производству в архитектуре, где процессы изготовления, поведение материалов и экологические соображения тесно интегрированы с самого начала», — подытожила Збоиньска.