咖啡渣與菇菌的完美結合：3D列印打造環保新材質

咖啡豆中僅有30%的成分能溶於水，而多數沖泡方式甚至只萃取出更少的部分。因此，在美國人每年消耗的16億磅咖啡中，超過11億磅的咖啡渣最終被丟進堆肥桶或垃圾桶。華盛頓大學人本設計與工程學系的博士生Danli Luo，在觀察自家濃縮咖啡機累積的咖啡渣時，靈光一閃，發現了一個絕佳的機會。

咖啡渣富含營養，且在沖泡過程中已進行了殺菌處理，因此非常適合用於培養真菌。在真菌長出菇體之前，會形成一層「菌絲皮」，這層白色的根系結構能夠將鬆散的物質結合在一起，形成一種堅韌、防水且輕量的材料。Luo與華盛頓大學的團隊開發了一種新系統，將這些咖啡渣轉化為糊狀物，並用於3D列印各種物件，例如包裝材料、花瓶碎片和小型雕像。

他們在糊狀物中接種了靈芝菇的孢子，這些孢子在物件上生長，形成菌絲皮。這層皮將咖啡渣轉化為一種堅韌且完全可堆肥的塑膠替代品，即使製成複雜形狀也能保持其特性。對於精細設計，菌絲體會將分開列印的部件融合成單一物件。團隊已將這項研究成果發表在《3D列印與增材製造》期刊上。

「我們特別關注為小型企業主開發系統，例如生產小批次產品的人，像是需要堅固包裝來運輸的易碎玻璃器皿，」主要作者Luo表示。「因此，我們一直在研究新的材料配方，希望能取代像是保麗龍這樣的材料，並提供更永續且易於客製化的解決方案。」

為了製作「Mycofluid」糊狀物，Luo將用過的咖啡渣與糙米粉、靈芝菇孢子、黃原膠（一種常見於冰淇淋和沙拉醬中的食品黏合劑）以及水混合。此外，她還為華盛頓大學機器機構實驗室設計的Jubilee 3D列印機開發了新的列印頭，該系統可容納高達一公升的糊狀物。

團隊使用Mycofluid列印了多種物件，包括小玻璃杯的包裝、花瓶的三個部件、摩艾石像的兩半，以及一個蝴蝶大小的兩件式棺材。這些物件隨後被放置在塑膠盒中，經過10天的時間，菌絲體在Mycofluid周圍形成了一層殼。在石像和花瓶的案例中，分開的部件也融合在一起。

這個過程與家用菇菌培養套件類似：在菌絲體從富含營養的材料中生長時保持其濕潤。如果這些物件在盒中放置更長時間，實際的菇體將會從中長出，但團隊在白色菌絲皮形成後便將其取出。研究人員隨後將這些部件乾燥24小時，以阻止菇體的生長。

最終的材料比保麗龍更重，接近紙板或木炭的密度。在水中浸泡一小時後，它僅吸收了7%的水分，並且在乾燥後幾乎恢復到初始重量，同時保持其形狀。它的強度和韌性與聚苯乙烯和發泡聚苯乙烯（用於製作保麗龍的材料）相當。

雖然團隊並未特別測試這種材料的可堆肥性，但其所有成分都是可堆肥的（事實上，它們甚至可食用，儘管味道不佳）。由於Mycofluid需要相對均質的咖啡渣，大規模應用可能會面臨挑戰，但團隊對其他形式的回收材料也感興趣，這些材料可能形成類似的生物糊狀物。

「我們希望將這項技術擴充套件到其他生物衍生材料，例如其他形式的食物廢棄物，」Luo表示。「我們希望廣泛支援這種靈活的開發，不僅僅是提供一個解決方案來應對塑膠廢棄物這個重大問題。」