University of Washington schafft durch Pilze und Kaffeesatz per 3D-Druck eine ökologische Plastikalternative

Vier Tassen Kaffee trinkt der Durchschnitts-Deutsche jeden Tag. Das macht 28 die Woche, je nach Monat um die 120 Tassen und rund 1.460 im Jahr. Pro Tasse benötigt man ungefähr zwölf Gramm Kaffeepulver, das nach seinem erfolgreichen Einsatz auf dem Müll landet. Man braucht kein Mathegenie zu sein, um zum folgenden Ergebnis zu kommen: das ist sehr viel Abfall. Wie könnte man dem Kaffeesatz also ein zweites Leben geben und sinnvoll wiederverwerten? Dies dachte sich auch Danli Luo, Doktorandin im Ingenieurwesen an der University of Washington. Sie sah in ihrer täglichen Begegnung mit der Kaffeemaschine und dem Abfallproblem eine wissenschaftliche Chance und entwickelte zusammen mit Kollegen eine Methode, um Kaffeesatz per 3D-Druck in neue Formen zu drucken, und eine ökologische Alternative zu Plastik anzubieten.

Von der Bohne bis zum Drucker

Kaffee ist äußerst nährstoffreich und wird beim Aufbrühen sterilisiert. Damit ist der Kaffeesatz ein idealer Nährstoffboden für Pilze. Wenn diese heranwachsen, bilden sie zunächst ein komplexes Wurzelsystem, das Myzel, mit einer feinen, weißlichen Myzelhaut. Pilzmyzel wird mittlerweile immer häufiger als Werkstoff herangezogen. Zahlreiche Unternehmen, Forscher oder Designer experimentieren mit dem Material, denn es ist leicht, robust und wasserabweisend. Luo und ihr Forscherteam kombinierten den Kaffeesatz mit Reishi-Pilzsporen, um sich beider Vorteile zu bedienen. Außerdem fügten sie noch braunes Reismehl und Xanthangummi hinzu. So erhielten sie eine druckfähige Paste auf Kaffeebasis, die sie „Mycofluid“ nannten und die als Druckmaterial für neue Strukturen diente.

Per 3D-Druck wird die Kaffeesatz-Paste zu neuen Strukturen verarbeitet.

Um den Jubilee 3D-Drucker im Machine Agency Labor der University of Washington aufzustocken, entwickelte Luo auch einen eigenen Druckkopf mit größerem Fassungsvermögen (1 Liter) für die Paste. Per Extrusion konnten damit im Anschluss verschiedene Objekte gedruckt werden. Die in die Paste injizierten Reishi-Pilzsporen sorgen bei diesem Verfahren nach dem Druck dafür, dass sich eine Myzelhaut bildet. Dazu müssen die gedruckten Strukturen für zehn Tage gelagert werden. Dann ist die Myzelhaut genug ausgebildet und trägt zur Stabilität des Druckobjektes bei. Um ein tatsächliches Pilzwachstum auf den Kaffee-Objekten zu verhindern, müssen die Teile getrocknet werden. Sobald die Feuchtigkeitsbildung stoppt, wachsen die Pilze nämlich nicht weiter.

Kaffeesatz für nachhaltige Verpackungen

Das Endergebnis sind Teile, die zwar etwas schwerer als Styropor sind, aber eine ähnliche Dichte wie Karton aufweisen und in etwa gleich stark und zäh wie Polystyrol sind. Darüber hinaus sind die gedruckten Strukturen vollständig kompostierbar und theoretisch auch essbar (womöglich aber nicht genießbar). Daher eignet sich die Paste vor allem zur Herstellung von Verpackungsmaterialien und stellt eine ökologische Alternative zu Plastik und Styropor dar. Das Team druckte beispielsweise eine Verpackung für ein Glas, einige Vasenteile und zwei Hälften einer Moai-Statue.

Die aus Kaffeesatz gedruckte und mit Myzelhaut bewachsene Verpackung für ein Glas.

„Wir sind besonders daran interessiert, Systeme für Leute wie Kleinunternehmer zu entwickeln, die Produkte in kleinen Mengen herstellen – zum Beispiel kleine, empfindliche Glaswaren, die für den Versand eine robuste Verpackung benötigen“, sagt Luo. „Deshalb haben wir an neuen Materialrezepten gearbeitet, mit denen Dinge wie Styropor durch etwas Nachhaltigeres ersetzt werden können und das sich leicht für die Produktion in kleinem Maßstab anpassen lässt.“

Tatsächlich ist das Verfahren wie von Luo angesprochen nicht für die Serienproduktion gedacht. Für die Skalierung bräuchte es nämlich große Mengen an homogenem gebrauchten Kaffeesatz und dies ist nicht immer möglich. Deshalb arbeitet die Forschergruppe nun – ausgehend von diesem Ansatz – an ähnlichen biobasierten Pasten für den 3D-Druck.

„Wir sind bemüht, dies auf andere biologisch gewonnene Materialien auszuweiten, beispielsweise auf andere Formen von Lebensmittelabfällen“, sagt Luo und schließt ab: „Wir möchten diese Art der flexiblen Entwicklung umfassend unterstützen und nicht nur eine Lösung für dieses große Problem des Plastikmülls anbieten.“ Die vollständige Studie, die am 23. Januar in 3D Printing and Additive Manufacturing veröffentlicht wurde, finden Sie HIER.

Die Myzelhaut rund um die gedruckte Struktur aus Kaffeesatz sorgt für Stabilität.

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*Bildnachweise: Luo et al./3D Printing and Additive Manufacturing