커피찌꺼기와 영지버섯 포자를 3D로 인쇄해 플라스틱을 대체할 수 있는 퇴비화 가능한 소재로 만들 수 있다

커피콩의 30%만이 물에 녹으며, 많은 양조 방법은 그보다 훨씬 적게 추출하는 것을 목표로 합니다. 따라서 미국인이 1년에 소비하는 16억 파운드의 커피 중에서 11억 파운드 이상의 찌꺼기가 필터에서 퇴비통과 쓰레기통으로 옮겨집니다.

워싱턴 대학교 인간 중심 디자인 및 공학 박사과정 학생인 댄리 루오는 자신의 에스프레소 머신에서 나오는 찌꺼기가 쌓이는 것을 지켜보던 중 기회를 보았습니다.

커피는 영양이 풍부하고 양조하는 동안 살균되므로 곰팡이를 키우기에 이상적이며, 버섯으로 싹을 틔우기 전에 "균사 피부"를 형성합니다. 일종의 흰색 뿌리 시스템인 이 피부는 느슨한 물질을 함께 묶어서 튼튼하고 방수가 되는 가벼운 소재를 만들 수 있습니다.

Luo와 UW 팀은 커피 찌꺼기를 페이스트로 만드는 새로운 시스템을 개발했고, 이를 사용해 포장재, 꽃병 조각, 작은 조각상 등의 물체를 3D로 인쇄합니다. 그들은 페이스트에 영지버섯 포자를 접종하고, 영지버섯 포자는 물체에서 자라 균사 껍질을 형성합니다.

껍질은 커피 찌꺼기를 복잡한 모양으로 만들더라도 플라스틱에 대한 탄력 있고 완전히 퇴비화 가능한 대안으로 만듭니다. 복잡한 디자인의 경우 균사체는 별도로 인쇄된 조각을 합쳐 하나의 물체를 형성합니다.

해당 팀은 1월 23일 3D 프린팅 및 적층 제조 에 연구 결과를 발표했습니다.

"저희는 특히 소규모 사업체 소유자와 같이 소량 생산 제품을 생산하는 사람들을 위한 시스템을 만드는 데 관심이 있습니다. 예를 들어, 배송에 탄력 있는 포장이 필요한 작고 섬세한 유리 제품 말입니다." 수석 저자인 루오가 말했습니다.

"그래서 저희는 스티로폼과 같은 것을 더 지속 가능하고 소규모 생산에 쉽게 맞춤화할 수 있는 새로운 소재 레시피를 연구해 왔습니다."

"Mycofluid" 페이스트를 만들기 위해 Luo는 사용한 커피 찌꺼기를 현미가루, 영지버섯 포자, 잔탄검(아이스크림과 샐러드 드레싱에 흔히 사용되는 식품 결합제)과 물에 섞었습니다.

Luo는 또한 UW의 Machine Agency 연구실에서 설계한 Jubilee 3D 프린터를 위한 새로운 3D 프린터 헤드를 만들었습니다. 새로운 프린터 시스템은 최대 1리터의 페이스트를 담을 수 있습니다.

이 팀은 Mycofluid로 다양한 물체를 인쇄했습니다. 작은 유리잔 포장, 꽃병 3개, 모아이 조각상 반쪽 2개, 나비 크기의 관 2개입니다. 그런 다음 물체를 플라스틱 통에 10일 동안 덮어두었고, 그 동안 균사체가 Mycofluid 주위에 일종의 껍질을 형성했습니다. 조각상과 꽃병의 경우, 분리된 조각도 서로 융합되었습니다.

이 과정은 집에서 재배한 버섯 키트와 동일합니다. 영양이 풍부한 재료에서 자라는 동안 균사체를 촉촉하게 유지합니다. 조각이 욕조에 더 오래 있으면 실제 버섯이 물체에서 돋아나지만 대신 흰색 균사 껍질이 형성된 후 제거됩니다. 그런 다음 연구자들은 조각을 24시간 동안 건조하여 버섯의 열매 맺힘을 멈춥니다.

완성된 소재는 스티로폼보다 무겁습니다. 골판지나 숯의 밀도에 더 가깝습니다. 물에 1시간 접촉한 후, 물에 7% 더 많은 무게만 흡수하고 건조되어 원래 무게를 유지하면서 모양을 유지했습니다. 스티로폼을 만드는 데 사용된 물질인 폴리스티렌과 발포 폴리스티렌 폼만큼 강하고 튼튼했습니다.

연구팀은 해당 재료의 퇴비화 가능성을 구체적으로 테스트하지 않았지만, 모든 구성 요소는 퇴비화가 가능합니다(사실, 먹을 수는 있지만 그다지 맛있지는 않습니다).

마이코플루이드에는 비교적 균질한 사용된 커피 찌꺼기가 필요하기 때문에 이를 대규모로 다루는 것은 어려울 것으로 보이지만, 연구팀은 유사한 생물 페이스트를 형성할 수 있는 다른 형태의 재활용 재료에 관심이 있습니다.

"우리는 이를 다른 형태의 식품 폐기물과 같은 다른 생물 유래 재료로 확장하는 데 관심이 있습니다." 루오가 말했습니다.

"우리는 플라스틱 폐기물이라는 이 주요 문제에 대한 하나의 해결책을 제공하는 것이 아니라, 이런 종류의 유연한 개발을 광범위하게 지원하고 싶습니다."

이 연구를 완료할 당시 UW의 인간 중심 설계 및 공학 석사과정 학생이었던 Junchao Yang이 공동 저자이고, UW의 인간 중심 설계 및 공학 부교수인 Nadya Peek이 수석 저자입니다.

이 연구는 National Science Foundation에서 자금을 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/02/250218145914.htm