Onderzoekers van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) hebben een proces ontwikkeld dat de productie en degradatie van bijna elk object binnen een circulaire economie mogelijk maakt met behulp van additieve productie en stedelijk afval, het grootste bijproduct van de beschaving.

Geïnspireerd door de cyclische productiewijze en afbraak van biologische materialen door organismen die beperkte energie en materiële hulpbronnen gebruiken die gevonden worden in gelokaliseerde omstandigheden, de onderzoekers, samen met zijn medewerkers, gericht op het vertalen van die principes in stedelijke ecosystemen. Dit was om de afhankelijkheid van intercontinentaal vervoer te verminderen, energie-eisende productieprocessen, gebruik van schadelijke chemische stoffen, en afhankelijkheid van door de mens gemaakte synthetische materialen die complexe terugwinningsprocedures vereisen na het einde van hun levensduur.

SUTD-onderzoekers van hetzelfde team ontwikkelden eerder een schimmelachtig kleefmateriaal, ook bekend als FLAM, door chitine en cellulose effectief te transformeren, in materialen voor duurzame productie. Afgeleid van de schelpen van schaaldieren en insecten, evenals hout en papier, respectievelijk, chitine en cellulose zijn de twee meest voorkomende organische polymeren op aarde. Aangeprezen als een 'groen' alternatief voor plastic, FLAM is niet alleen biologisch afbreekbaar, flexibel, en duurzaam; het kan op grote schaal in massa worden geproduceerd met behulp van 3D-printtechnologie.

Cellulose kan gemakkelijk worden verkregen uit stedelijk afval zoals tissuepapier, textiel, en plantaardig materiaal. Echter, ondanks de alomtegenwoordige aard van chitine, dit polymeer wordt meestal geoogst als industrieel en landbouwproduct. Bijvoorbeeld, chitine is meestal beschikbaar als een seizoensgebonden bijproduct van de visserij en is beperkt tot landelijke kustgebieden. Dit betekent dat chitine nodig zou zijn om over verschillende ecosystemen te worden getransporteerd wanneer er vraag is, bijdragen aan het goederenvervoer, waarvan bekend is dat het een belangrijke bijdrage levert aan de uitstoot van kooldioxide.

In de studie, uitgegeven door Nature's Wetenschappelijke rapporten , de onderzoekers hebben een verband ontwikkeld tussen bio-geïnspireerde productie en bioconversie van stedelijk afval, een andere productiewijze mogelijk maken op basis van materialen die gemakkelijk beschikbaar zijn binnen elk regionaal ecosysteem, transportbehoefte aanzienlijk verminderen.

Er werd vastgesteld dat chitine kan worden geproduceerd binnen een beperkte energiebehoefte en tegelijkertijd voedselverspilling kan verminderen, het verlichten van de grootste kosten voor gemeenten over de hele wereld - allemaal met de hulp van de nederige zwarte soldaatvlieg (BSF, Hermetia illucens). De studie rapporteert succesvolle extractie van chitine uit de schelpen van deze BSF's.

Tegelijkertijd, de BSF staat ook wereldwijd bekend om zijn efficiënte afbraak van een grote verscheidenheid aan organische materialen, zoals voedselverspilling in eiwitten, oliën en andere biomassa, waardoor de hoeveelheid afval die naar de stortplaatsen wordt gestuurd, wordt verminderd.

Ondanks de populariteit van BSF, het onderzoeksteam zorgde ervoor dat hun ontwikkelde systeem niet afhankelijk was van het gebruik van BSF of een andere unieke bron van materialen, aangezien chitine en cellulose aanwezig zijn in een groot aantal organismen in elk ecosysteem op aarde, zoals andere insecten, schimmels, en wormen. Hoewel deze organismen ook worden gebruikt om afval te verwerken, zij produceren op hun beurt chitine als bijproduct.

Met jaarlijkse voedselverliezen die op stortplaatsen worden gestort, geschat op ongeveer een derde van de totale productie in de wereld, bio-omzetting via insecten, schimmels en wormen, wint niet alleen aan populariteit als een effectieve oplossing voor stedelijk afvalbeheer, maar het suggereert ook voor een opkomend paradigma van een circulaire stedelijke ecologie, variërend van materiaalproductie en fabricage tot terugwinning aan het einde van de levensduur.

Productie met 's werelds meest voorkomende biologische polymeren erin, of in de nabijheid van de bron van productie en consumptie - zoals cellulose en chitine gebruikt voor 3D-geprinte FLAM - kunnen ons niet alleen in staat stellen om belangrijke afwijkingen aan te pakken die voortvloeien uit onze stedelijke manier van leven, maar motiveren tot een fundamenteel duurzamere economie en samenleving.

"Deze nieuwe ontwikkeling zal de manier waarop we produceren veranderen, een alternatief model mogelijk maken waarbij materialen worden geproduceerd en verbruikt met behulp van lokaal beschikbare bronnen. Ook, het zal iedereen over de hele wereld in staat stellen om de algemene productie aan te passen en te integreren in het omringende ecosysteem, " zei assistent-professor Javier G. Fernandez van SUTD, hoofdauteur van het artikel.

"Nabijheid en diepe integratie van productie- en consumptiecycli, geïnspireerd door biologie binnen stedelijke ecosystemen, kan niet alleen invloed hebben op de manier waarop we de steden van morgen bewonen, maar ook stroomopwaarts voorstellen, ontwerp en bouw ze, " voegde universitair hoofddocent Stylianos Dritsas toe, ook van SUTD en co-auteur van het artikel.