Radar

Alger i 3D-skrivaren ger miljövänligare arkitektur 

3D-printer och 3D-printat trä.

Nanocellulosa och alger kan med hjälp av 3D-skrivare bli till ett förnybart lättviktsmaterial. Detta material kan användas för flera olika produkter inom bygg- och arkitekturbranschen visar en studie från Chalmers och Wallenberg Wood Science Center. 

Byggindustrin ger upphov till 39 procent av de globala koldioxidutsläppen, använder 50 procent av världens fossila resurser och orsakar 40 procent av det globala avfallet. Ett förnybart material kan därför spela roll i att minska industrins utsläpp och avfall, och cellulosa kan användas som alternativ till plast. 

Nanocellulosa, som utvinns ur träfibrer och alger kan användas som ett nytt byggmaterial som också kan 3D-printas på ett energieffektivt sätt. Det kan göras till ett lättviktsmaterial som till exempel kan användas till rumsavdelare, persienner eller väggpanelsystem och kan bidra till att minska den internationella byggindustrins klimatpåverkan.

− Nanocellulosan som användes i denna studie kan hämtas från skogsbruk, jordbruk, och pappersbrukens restprodukter. Det är alltså ett material som finns i riklig mängd, säger Malgorzata Zboinska vid Chalmers tekniska högskola, som är huvudförfattare till studien, i ett uttalande. 

Hittills har nanocellulosa framför allt använts inom biomedicin i gelform. Nu har forskare använt nanocellulosafiber, vatten och det algbaserade materialet alginat för att skapa en hydrogel som går att 3D-printa. När detta sedan torkar blir det extra flexibelt. 

− Rent konkret har vi tillfört ny och hittills saknad kunskap om materialets designmässiga egenskaper. Med hjälp av våra prover och prototyper har vi visat hur anpassningsbart materialet är, och hur det kan användas inom skräddarsydd digital design och 3D-printing med hjälp av robotar, säger Malgorzata Zboinska.

Chalmerorskaren Malgorzata Zboinska. Foto: Chalmers tekniska högskola/Krystian Tadaj

Organiskt material som ska brytas ner

För arkitekturbranschen kan den nya tekniken vara användbar för att nå målet om större resurseffektivitet för byggnader i Europa i enlighet med EU:s gröna giv. Den hydrogel som tas fram i processen kan med hjälp av tryck göras flytande och sedan 3D-printas. Att gelen kan 3D-printas är avgörande eftersom tekniken är både resurs- och energieffektiv. När trycket tas bort återfår gelen sin fasta form.

− 3D-printing är en mycket resurseffektiv teknik. Den gör det möjligt för oss att tillverka produkter utan att använda exempelvis gjutformar, vilket innebär mindre restmaterial. Det är också mycket energieffektivt – det robotiserade 3D-skrivarsystem vi använder drivs inte med värme utan enbart med lufttryck. Det sparar mycket energi eftersom vi arbetar i rumstemperatur, säger Malgorzata Zboinska.

Hon och hennes forskarkollegor har genom experiment kunnat se hur hydrogelen fungerar efter att den har torkat och utifrån det kan ny design för produkter tillverkade av nanocellulosa tas fram. Förutom föremål som rumsavdelare skulle det kunna användas som väggkakelplatttor, akustiska ljuddämpande plattor samt tillsammans med andra material klä mellanväggar. Medan byggmaterial som betong och glas håller under många år är detta nya nanocellulosabaserade material organiskt. Som ska brytas ner för att kunna ingå i naturens kretslopp. 

− Vi behöver därför ny kunskap om hur vi kan använda dem [biomaterial] inom arkitektur och hur vi kan förhålla oss till deras kortare livscykler, som mer liknar det man hittar i naturen än i en konstgjord och kontrollerad miljö. Designforskare och arkitekter letar nu efter metoder för att designa produkter av dessa material som är både funktionella och estetiskt tilltalande, säger Malgorzata Zboinska.

Fakta: Förnybart byggmaterial

Genom att kombinera nanocellulosa, som utvinns ur träfiber, och alger har forskare vid Chalmers tekniska högskola och Wallenberg Wood Science tagit fram ett lättviktsmaterial som kan 3D-printas, vilket är både resurs- och energieffektivt. 

Malgorzata Zboinska vid Chalmers tekniska högskola är huvudförfattare till studien som pekar på att lättviktsmaterialet skulle användas till rumsavdelare, persienner eller väggpanelsystem. Det förnybara materialet tros kunna bidra till att minska byggindustrins och arkitekturbranschens klimatpåverkan. 

Studien Robotically 3D printed architectural membranes from ambient dried cellulose nanofibril-alginate hydrogel, är publicerad i den vetenskapliga tidskiften Materials and Design. Den har utförts av Malgorzata Zboinska, Sanna Sämfors och Paul Gatenholm på Chalmers och Wallenberg Wood Science Center.