Et team forskere fra Freiburg Universitet har oppdaget et naturlig nedbrytbart tremateriale som kan brukes til å 3D-printe lettvektsbygninger og andre komplekse strukturer.
Materialet er en slags tyktflytende deig som består av hundre prosent organisk materiale fra papir. Deigen har to bestanddeler, cellulose og lignin, som begge finnes i papirets primære ingrediens: treverk.
Printer er ladet med organisk betong og armeringsjern
Cellulose er et komplekst karbohydrat som består av sukkermolekyler, og det er det mest vanlige organiske stoffet i verden. Cellulose utgjør nemlig den primære byggeklossen i de fleste plantenes cellevegger. Rent bomull inneholder 90 prosent cellulose, mens trær inneholder mellom 40 og 50 prosent.
Man kan sammenligne cellulose med armeringsjernet i en betongvegg: Det er det kjemiske skjelettet som sørger for styrken i en plantes struktur.
En 3D-printer ladet med en organisk deig av 50 prosent cellulose og 50 prosent lignin fra papirprodukter frambringer strukturer som kan brukes i nybygg. Når bygningene igjen faller fra hverandre, kan materialet gjenbrukes på nytt.
Den andre bestanddelen i det nye materialet er lignin. Hvis cellulose er armeringsjernet, fungerer lignin som betongen. Lignin fyller ut hulrommene mellom celleveggens cellulosemolekyler, binder dem sammen og regulerer strukturens smidighet.
Lignin utgjør 30 prosent av det organiske karbonet på jorden, og det finnes særlig i trær og andre vedplanter, der det står for den såkalte forvedingen som gjør plantene harde og «treaktige.»
Bare 58 prosent av verdens papir gjenbrukes
Forskerne brukte lignin og hydroksypropylcellulose – en spesiell form for cellulose der molekylene arrangerer seg som krystaller, selv om den er flytende – og låste de to stoffene sammen med en karboksylsyre som spaltet ut overskytende vann. Dermed kunne de danne en smidig bioplast som kan brukes til å 3D-printe med.
Når man skal 3D-printe med et materiale, utsetter man den for høye temperaturene, slik at det smelter, før det presses gjennom en dyse og til slutt størkner igjen i den ønskede formen.
Lignin har det problemet at det ikke smelter ved høy temperatur. Det forkuller, og det gjør materialet for tyktflytende. Men den spesielle kombinasjonen med cellulose er med på å sørge for at materialet forblir flytende.
Inntil videre har forskerne hentet rent lignin fra bjørketrær, men neste skritt er å undersøke hvordan restprodukter fra papirproduksjon kan gjenbrukes]. Papirindustrien produserer nemlig en overflod av lignin som restprodukt som i dag som regel ender på forbrenningen. Håpet er at papirestene i framtiden kan brukes til å bygge hus av.
Bare i USA forbrukes 85 millioner tonn papir i året – og på verdensplan er det bare 58 prosent av papiret som gjenbrukes.