Naukowcy i studenci z Politechniki Wrocławskiej sprawdzili, czy słoma stabilizowana grzybnią boczniaka może być wykorzystywana jako materiał izolacyjny. Okazało się, że to ekologiczne rozwiązanie jest ciekawą alternatywą dla stosowanego obecnie w budownictwie styropianu lub wełny mineralnej.

W poszukiwaniu ekologicznych alternatyw

Obecnie sektor budowlany musi sprostać surowym normom efektywności energetycznej, a powszechnie stosowane izolacje, jak styropian (EPS) czy wełna mineralna, są energochłonne w produkcji i stanowią obciążenie dla środowiska. Dlatego naukowcy cały czas poszukują nowych, naturalnych i odnawialnych materiałów.

Tym problemem zajęli się Piotr Tymcio i Kacper Klaus, studenci z Wydziału Architektury oraz Weronika Dzik, Szymon Martin, Zofia Michałek i Magdalena Mioskowska, studenci Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego.

Pod opieką dr. inż. Pawła Noszczyka z Wydziału Budownictwa Lądowego i Wodnego sprawdzili, czy materiał termoizolacyjny wykonany ze słomy pszennej stabilizowanej grzybnią boczniaka ostrygowatego (Pleurotus ostreatus) może być stosowany jako ekologiczna alternatywa dla tradycyjnych rozwiązań izolacyjnych.

Naturalne spoiwo bez kropli kleju

– Głównym założeniem projektu było wykorzystanie naturalnego wzrostu grzybni jako ekologicznego spoiwa, które przekształca luźną słomę w sztywne płyty izolacyjne. Słoma to powszechny, tani i odnawialny produkt uboczny rolnictwa, a rozrastające się strzępki grzybni łączą jej źdźbła bez potrzeby stosowania syntetycznych klejów – mówi Piotr Tymcio, członek zespołu badawczego i absolwent Wydziału Architektury PWr. – Dzięki temu produkt końcowy jest w 100% naturalny, biodegradowalny i bezpieczny dla ludzi – dodaje.

Nowością w projekcie jest zbadanie kluczowej, a dotychczas całkowicie pomijanej w literaturze naukowej luki badawczej zależności współczynnika przewodności cieplnej (λ) tego kompozytu w zakresie zmiennych temperatur.

Okazuje się, że krajowe normy projektowe zakładają zimowe temperatury obliczeniowe dla przegród zewnętrznych spadające w niektórych strefach klimatycznych nawet do -20 st. C. Mimo to, w standardowych obliczeniach charakterystyki energetycznej budynków stosuje się jedną, stałą wartość w temperaturze umiarkowanej (zazwyczaj ok. 10 st. C), co przez przyjęte uproszczenie może prowadzić do błędów projektowych,

– Postanowiliśmy wypełnić tę lukę i przeprowadziliśmy precyzyjne doświadczenia w szerokim zakresie temperatur – od -10 st. C do +20 st. C. Ma to kluczowe znaczenie dla rzetelnej oceny rzeczywistej efektywności energetycznej przegród w realiach klimatycznych Europy Środkowej – podkreśla dr inż. Paweł Noszczyk.

Od inkubacji w ciemności do precyzyjnych pomiarów

Projekt składał się z kilku etapów. Pierwszym było przygotowanie dwunastu odpowiednich próbek. Słomę zaszczepioną grzybnią umieszczono w formach o wymiarach 30 x 30 x 5 cm, po czym poddano inkubacji w ciemności. Następnie próbki wysuszono w komorze badań cieplnych, a do testów zakwalifikowano ostatecznie sześć próbek. Pomiar przewodności cieplnej wykonano normową metodą płytową (w urządzeniu FOX 314) przy pionowym przepływie ciepła, a uzyskane dane posłużyły do analizy statystycznej i wyznaczenia modelu regresji liniowej.

Ważnym etapem była również kontrola masy próbek przed suszeniem, bezpośrednio po nim oraz po jednomiesięcznym przechowywaniu w warunkach pokojowych, co pozwoliło ocenić ubytek wilgoci oraz stabilność materiału.

Doskonałe parametry i jedno wyzwanie

– Ostatecznie okazało się, że nasz kompozyt wykazuje parametry izolacyjne niemal identyczne z wełną mineralną. Znacznie natomiast przewyższa pod tym względem tradycyjne płyty ze słomy prasowanej, co wynika z obecności gęstej mikrostruktury strzępków grzybni wypełniających puste przestrzenie. W przeciwieństwie do EPS czy wełny mineralnej, materiał jest także w 100% biodegradowalny. Co więcej, wyniki badań wskazały, że w niższych temperaturach materiał poprawia swoje właściwości termoizolacyjne – wyjaśnia Piotr Tymcio.

Pomiary masy po suszeniu i przechowywaniu potwierdziły jednak także ubytek wilgoci technologicznej i stabilizację próbek po dezaktywacji termicznej. Niepoddany dodatkowej obróbce kompozyt wykazuje wysoką wrażliwość na wilgoć i nasiąkliwość wodną sięgającą nawet 100% wagowo, co stanowi główne ograniczenie eksploatacyjne materiałów lignocelulozowych.

– Nasze badania udowodniły, że słoma stabilizowana grzybnią to pełnowartościowa, wysoce efektywna alternatywa dla styropianu czy wełny mineralnej. Niski współczynnik przewodności cieplnej oraz jego korzystny spadek w temperaturach ujemnych sprawiają, że może on znaleźć idealne zastosowanie w budownictwie energooszczędnym – podkreśla dr inż. Paweł Noszczyk.

W badaniu wskazano również, że dalsze eksperymenty powinny się koncentrować na optymalizacji procesów biologicznych, aby zmniejszyć poziom odrzutu próbek oraz na opracowaniu naturalnych powłok hydrofobowych (np. na bazie wosków roślinnych), które zabezpieczą kompozyt przed wilgocią bez wpływu na jego biodegradowalność.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Open Engineering

Thermal performance of mycelium-stabilized straw insulation as an innovative building material. Paweł Noszczyk, Weronika Dzik, Kacper Klaus, Szymon Martin, Zofia Michałek, Magdalena Mioskowska, Piotr Tymcio. 

mic