Forschungsteam gelingt ein großer Schritt auf dem Weg zu Holz aus dem 3D-Drucker

Holz gilt als nachhaltiger Rohstoff – schließlich wächst es wieder nach. Allerdings ist die Verarbeitung von Holz aufgrund der logischerweise nötigen Fällung von Bäumen weder sehr effizient noch umweltfreundlich. Forscher:innen des Massachusetts Institute of Technology haben allerdings kürzlich einen Prozess entwickelt, der eines Tages dazu beitragen könnte, Holz direkt im 3D-Drucker drucken zu können – bei Bedarf dann natürlich auch schon in Form eines Möbelstücks.

Holz aus dem Labor

Das Problem mit Holz als erneuerbare Ressource ist, dass wir es deutlich schneller aufbrauchen als es nachwachsen kann. Entwaldung ist ein reales Problem und hat Auswirkungen auf Ökosysteme sowie den Klimawandel. Auf der Nachfrageseite wird sich hier nicht viel tun: Der Bedarf nach Holz als Material wird in Zukunft nicht weniger werden. Deshalb muss am Angebot gearbeitet werden.

Forscher:innen arbeiten deshalb bereits seit einiger Zeit daran, Holz unter Laborbedingungen wachsen zu lassen. Also nicht Bäume selber, sondern einfach nur Holz als Material. Vom Prinzip her ähneln diese Bemühungen den Versuchen, Tierzellen in Laboren zu kultivieren und so Fleisch herzustellen. Ein Team rund im Ashley Beckwith vom Massachusetts Institute of Technology hat nun eine Technik demonstriert, mit der ein holzähnliches Pflanzenmaterial im Labor wachsen kann. Eigensschaften wie das Gewicht und die Stärke des Materials kann relativ leicht beeinflusst werden.

„The idea is that you can grow these plant materials in exactly the shape that you need, so you don’t need to do any subtractive manufacturing after the fact, which reduces the amount of energy and waste. There is a lot of potential to expand this and grow three-dimensional structures„, so Beckwith.

3D-Drucker formt jedes beliebige Objekt

In einem ersten Schritt isolierte das Team Zellen aus den Blättern einer Pflanze namens Zinnia elegans. Diese Zellen wurden dann in einem flüssigen Medium über einen Zeitraum von zwei Tagen kultiviert, bevor sie in ein dickflüssigeres, gelähnliches Medium transferiert wurden. Dieses Medium enthielt Nährstoffe sowie zwei verschiedene Pflanzenhormone, über deren Anteil die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Materials verändert werden konnten.

Dann nutzte das Team einen 3D-Drucker und druckte das mit den Zellen versetzte Gel direkt in eine bestimmte Form – ganz ähnlich wie 3D-Drucker mit Kunststoffen verwendet werden. Das Ergebnis wurde drei Monate im dunkeln kultiviert, wobei das Material dehydrierte. Das Ergebnis ist ein Objekt aus holzähnlichem Pflanzenmaterial.

Möbel aus dem 3D-Drucker als Ziel

Die Forscher:innen experimentierten mit verschiedenen Konzentrationen der Hormone und fanden heraus, dass eine geringere Konzentration zu einem Material mit geringerer Dichte führt, das aus runden, offenen Zellen besteht. Bei der Verwendung von höheren Konzentrationen wurde das Material dichter und weniger biegsam. Diese Unterschiede könnten genutzt werden, um das Material ganz nach den eigenen Vorstellungen zu beeinflussen.

Letztlich ist das Ziel der Wissenschaftler:innen, an einen Punkt zu kommen, an dem Objekte aus Holz einfach in einem 3D-Drucker gedruckt werden können, anstatt Holz verwenden zu müssen, das mal in einem Wald wuchs. Dabei werden zuerst natürlich nur kleinere Objekte möglich sein, aber eines Tages will das Team Möbelstücke oder Planken drucken können.

Der nächste Schritt in diese Richtung ist es nun, herauszufinden, wie man die Technik auf andere Pflanzen anwenden kann. Zinnia elegans produziert kein Holz, aber das Verfahren etwa mit Zellen aus Eichen oder anderen Bäumen anwenden zu können wäre ein echter Durchbruch.