Forskare från Singapore University of Technology and Design (SUTD) har utvecklat en process som möjliggör produktion och nedbrytning av nästan alla föremål inom en cirkulär ekonomi med hjälp av additiv tillverkning och stadsavfall, civilisationens största biprodukt.

Inspirerad av det cykliska produktionssättet och nedbrytningen av biologiska material av organismer som använder begränsade energi- och materialresurser som finns inom lokala förhållanden, forskarna, tillsammans med sina medarbetare, fokuserat på att översätta dessa principer i urbana ekosystem. Detta var för att minska sitt beroende av interkontinentala transporter, energikrävande tillverkningsprocesser, användning av skadliga kemikalier, och beroende av konstgjorda syntetiska material som kräver komplicerade återvinningsförfaranden efter deras livslängd.

SUTD-forskare från samma team utvecklade tidigare ett svampliknande limmaterial, även känd som FLAM, genom att effektivt omvandla kitin och cellulosa, till material för hållbar tillverkning. Kommer från skal av kräftdjur och insekter, samt trä och papper, respektive, kitin och cellulosa är de två vanligaste organiska polymererna på jorden. Utsedd som ett "grönt" alternativ till plast, FLAM är inte bara biologiskt nedbrytbart, flexibel, och hållbart; den kan massproduceras i stor skala med hjälp av 3D-utskriftsteknik.

Cellulosa kan lätt erhållas från stadsavfall som silkespapper, textilier, och växtmaterial. Dock, trots kitinets allestädes närvarande natur, denna polymer skördas mestadels som en industri- och jordbruksprodukt. Till exempel, kitin är mestadels tillgängligt som en säsongsbetonad biprodukt från fiskeindustrin och är begränsat till landsbygdens kustområden. Detta innebär att kitin skulle behövas för att transporteras över olika ekosystem när det finns en efterfrågan, bidra till godstransporter, som är känt för att vara en viktig bidragsgivare till koldioxidutsläpp.

I studien, publicerad av Nature's Vetenskapliga rapporter , forskarna har utvecklat en koppling mellan bioinspirerad tillverkning och biokonvertering av stadsavfall, möjliggöra ett annat produktionssätt baserat på material som är bekvämt tillgängliga inom alla regionala ekosystem, avsevärt minska behovet av transporter.

Det fastställdes att kitin kan produceras inom begränsade energibehov och samtidigt minska matsvinnet, lätta på den största kostnaden för kommuner runt om i världen – allt med hjälp av den ödmjuka svarta soldatflugan (BSF, Hermetia illucens). Studien rapporterar framgångsrik extraktion av kitin från skalen av dessa BSF.

På samma gång, BSF är också globalt känt för sin effektiva nedbrytning av en mängd olika organiska material, som matavfall till proteiner, oljor och annan biomassa, därmed minska mängden avfall som skickas till deponierna.

Trots BSF:s popularitet, forskargruppen säkerställde att deras utvecklade system inte var beroende av användningen av BSF eller någon annan unik källa till material eftersom kitin och cellulosa finns i en myriad av organismer i alla ekosystem på jorden, såsom andra insekter, svampar, och maskar. Även om dessa organismer också används för att bearbeta avfall, de i sin tur producerar kitin som en biprodukt.

Med årliga matförluster som deponeras på soptippar som uppskattas till cirka en tredjedel av världens totala produktion, bioomvandling via insekter, svampar och maskar, vinner inte bara popularitet som en effektiv lösning på stadsavfallshantering, men det föreslår också ett framväxande paradigm av en cirkulär stadsekologi, allt från materialproduktion och tillverkning till återvinning vid uttjänt livslängd.

Tillverkning med världens mest förekommande biologiska polymerer inom, eller i närheten av källan till produktion och konsumtion – som cellulosa och kitin som används för 3-D-utskriven FLAM – kanske inte bara tillåter oss att ta itu med viktiga avvikelser som uppstår från vårt urbana sätt att leva, utan motivera en i grunden mer hållbar ekonomi och samhälle.

"Denna nya utveckling kommer att förändra vårt sätt att tillverka, möjliggöra en alternativ modell där material produceras och konsumeras med hjälp av lokalt tillgängliga resurser. Också, det kommer att tillåta vem som helst runt om i världen att anpassa och integrera allmän tillverkning till dess omgivande ekosystem, " sa biträdande professor Javier G. Fernandez från SUTD, huvudförfattare till tidningen.

"Närhet och djup integration av produktions- och konsumtionscykler inspirerade av biologi inom urbana ekosystem kan inte bara påverka hur vi bebor morgondagens städer, men också uppströms föreställa sig, designa och bygga dem, " tillade docent Stylianos Dritsas också från SUTD och medförfattare till tidningen.