Облицовка из грибов с текстурой слоновьей кожи и охладит, и сбережёт тепло

Учёные из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали «грибную плитку», которая поможет помочь сберечь оптимальную температуру в зданиях без расходов на электричество.

Настенную плитку изготовили из природного материала, сочетающего в себе мицелий (грибницу), и органические отходы. Предшествующие исследования показали, что композитные материалы с мицелием более энергоэффективны, чем традиционная термоизоляция вроде вспученного вермикулита (слюды) и керамзита.

Опираясь на изоляционные свойства утеплителя на основе грибов, команда из NTU совместно с местной фирмой bioSEA, занятой в сфере экологии и биомиметического дизайна (подражающего живой природе), придала облицовочной плитке бугристую текстуру, имитирующую поверхность слоновьей кожи. Слоны не потеют, а потому регулируют температуру тела с помощью кожных морщин и складок. Так что внешняя структура новинки особенно рассчитана на жаркий климат.

Руководившая исследованием доцент NTU Ортанс Лё Ферран сказала, что композитные стройматериалы на основе мицелия могут стать многообещающей альтернативой иным видам термоизоляции.


— Лё Ферран.

Композит на основе мицелия — это биоразлагаемый пористый материал, что делает его хорошим изолятором. Его теплопроводность сравнима со свойствами некоторых синтетических изоляционных материалов или даже лучше, объяснила доцент. И добавила, что они с коллегами стали ближе на шаг к эффективным, экологичным и более дешёвым решениям для пассивного охлаждения в жарких и влажных условиях.

Композиты с мицелием создают, выращивая грибы на органических веществах, тех же опилках или сельхозотходах. По мере роста гриба он связывает органические вещества в твёрдый пористый материал. Так, учёные из NTU использовали мицелий вёшенки и бамбуковую стружку из мебельных цехов.

Оба компонента смешали с овсянкой и водой и залили в шестиугольные формы с внутренней текстурой, напоминающей слоновую кожу. Для оптимального дизайна в компании bioSEA использовали компьютерное моделирование и алгоритмы.



Плитки с мицелием оставляли проращивали в темноте по две недели, затем вынимали из форм и оставляли дозревать в тех же условиях ещё на две недели. Наконец, их высушивали в духовке при температуре 48 °C в течение трёх суток. Заключительный этап удалял остатки влаги, препятствуя дальнейшему разрастанию грибницы.

Предыдущие исследования на эту тему показали, что композиты, объединённые мицелием, обладают теплопроводностью, сравнимой с теплопроводностью обычных строительных изоляционных материалов, таких как стекловата и экструдированный пенополистирол.

Чтобы оценить, как текстура, напоминающая слоновую кожу, влияет на теплорегуляцию плитки на основе мицелия, учёные нагревали новую облицовку на плите при температуре 100 °C в течение 15 минут и отслеживали изменения температуры с помощью инфракрасной камеры.

Если вкратце, то при опытах учёные выяснили, что скорость охлаждения новой плитки с мицелием в составе оказалась на четверть выше, чем у полностью плоской облицовки с тем же составом, а скорость нагрева — на 2% ниже. А ещё экспериментаторы обнаружили, что охлаждающий эффект плитки в виде слоновьей кожи, улучшился ещё на 70% во время дождя, что делает её особенно актуальной для сингапурского тропического климата.

Плитка в виде слоновьей кожи поглощает тепло медленнее. Когда её неровная поверхность была обращена к источнику тепла, то температура повышалась на 5,01 °C в минуту по сравнению с 5,85 °C в минуту, когда плоская поверхность подвергалась воздействию тепла. Для проверки учёные также нагревали плоскую плитку из мицелия и обнаружили, что она нагревалась на 5,11 °C в минуту.

Чтобы измерить эффективность охлаждения плитки, учёные нагрели одну её сторону до 100 °C на 15 минут, затем поместили её в условия погоды при 22 °C и влажности 80%, а после измеряли изменения температуры на противоположной стороне плитки.

Плитка, имитирующая слоновью кожу, остывала быстрее всего при нагревании с плоской стороны, теряя 4,26 °C в минуту. При нагревании с бугристой стороны её плоская сторона теряла 3,12 °C в минуту. Полностью плоская плитка теряла 3,56 °C в минуту.

Основываясь на этих наблюдениях, специалисты рекомендовали устанавливать плитку так, чтобы плоская сторона прилегала к фасаду здания, а текстурированная поверхность подвергалась воздействию внешнего тепла для оптимальной теплоизоляции. Что, в общем-то, показалось бы очевидным любому плиточнику-облицовщику, правда, исходя из соображений монтажа.

Чтобы имитировать воздействие дождя на плитку, учёные нагрели плитку, как описано выше. Давая ей остыть, учёные распыляли воду на плитку с интервалом в одну минуту в течение 15 минут. При увлажнении рельефной поверхности «слоновая грибная плитка» остывала на 7,27 °C в минуту, то есть на 70% лучше, чем в сухом состоянии.

Учёные объяснили этот эффект гидрофобной природой композита, связанного с мицелием. Соавтор исследования Юджин Со объяснил, что грибковая плёнка на поверхности плитки, отталкивает воду, позволяя каплям задерживаться на месте, а не скатываться сразу же.


— Со.



Опираясь на собранные данные, учёные теперь исследуют способы улучшения плиток для использования в реальных условиях. Например, стремятся повысить их прочность и долговечность, а также испытать в деле мицелий других грибов, а не только испытанной вёшенки.

Учёные также сотрудничают с местным стартапом Myklio над увеличением размера плиток с мицелием, чтобы затем испытать облицовку на фасадах зданий.

Основной проблемой при массовом производстве такой плитки они считают время, необходимое для разрастания мицелия. Хотя для этого требуется минимум электроэнергии, весь процесс всё-таки занимает от трёх до четырёх недель.

Учёные осознают, что использование грибной плитки в качестве альтернативы традиционным стройматериалам будет происходить медленно из-за хорошо налаженных производств и логистики, связанных с обычной термоизоляцией.

Если представить, что новинкой заинтересуются в странах с умеренным или северным климатом, то там останется лишь сделать поверхность более гладкой.