Và chính mạng lưới ngầm này được gọi là mycelium (hệ sợi nấm) có thể góp phần giải quyết một số thách thức lớn nhất hiện nay về khí hậu và chất thải.

Trong các nghiên cứu về vật liệu xây dựng, tôi tập trung vào việc nâng cao độ bền của vật liệu làm từ mycelium để ứng dụng trong xây dựng. Vậy mycelium là gì và con người có thể khai thác nó ra sao?

Mycelium hiện diện ở khắp nơi

Mycelium là cơ thể sống của nấm, phát triển dưới dạng những sợi mảnh phân nhánh gọi là hyphae, lan tỏa theo mọi hướng để tìm nguồn dinh dưỡng.

Trong rừng, các sợi này giúp phân hủy lá rụng, thân gỗ và các vật chất hữu cơ khác (sinh khối), biến chất thải thành dưỡng chất mà cây cối có thể tái sử dụng. Một mạng lưới mycelium đơn lẻ có thể lan rộng hàng mét trong đất, thậm chí xa hơn.

Điều quan trọng là mycelium có mặt gần như ở khắp mọi nơi: trong lớp lá mục, đống ủ compost, lớp phủ nông nghiệp, tàn dư cây trồng sau thu hoạch, và cả trong những khúc gỗ mục dưới chân chúng ta. Dù hiếm khi nhìn thấy, mycelium lại là một trong những “cỗ máy tái chế” mạnh mẽ nhất của tự nhiên.

“Keo sống” từ tự nhiên

Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học có thể khai thác đặc tính độc đáo của mycelium để tạo ra vật liệu composite sinh học. Do mycelium phát triển bằng cách bám và liên kết với những gì nó “ăn”, nên nó hoạt động như một loại keo sống.

Khi các sợi nấm lan ra, chúng quấn chặt quanh các hạt mùn cưa, rơm rạ hay các loại phế thải sinh khối nông nghiệp và công nghiệp khác, khóa chặt chúng lại với nhau. Chỉ sau vài ngày, hỗn hợp này có thể trở thành một khối vật liệu nhẹ nhưng rắn chắc. Khi quá trình sinh trưởng được dừng lại và nấm bị “vô hiệu hóa” bằng nhiệt, khối vật liệu vẫn giữ nguyên hình dạng – không cần máy móc phức tạp, không nhựa, và tiêu tốn rất ít năng lượng.

Chính vì vậy, mycelium ngày càng thu hút sự quan tâm trong khoa học vật liệu. Nó phát triển ở nhiệt độ phòng, được tạo hình trong khuôn, và cho ra các cấu trúc thoáng khí, phân hủy sinh học và có khả năng chống cháy.

Với các nhà thiết kế, kiến trúc sư và kỹ sư, mycelium mang lại một sự kết hợp hiếm có: vật liệu hữu cơ có thể “trồng” theo yêu cầu.

Dù lĩnh vực này còn non trẻ, vật liệu dựa trên mycelium đã bắt đầu xuất hiện trong nhiều ứng dụng: thay thế xốp polystyrene trong bao bì, làm tấm cách nhiệt sinh học, tấm tiêu âm cho không gian ồn ào, thậm chí cả vật liệu giống da. Trong xây dựng, một số công trình thử nghiệm đã sử dụng các khối “gạch” được nuôi trồng từ phế thải thực vật, gợi mở viễn cảnh các công trình tương lai có thể bao gồm những bộ phận được “nuôi” chứ không chỉ sản xuất.

Vẫn còn nhiều thách thức

Những ví dụ trên cho thấy tiềm năng lớn của mycelium, nhưng cũng phơi bày các giới hạn. Các vật liệu composite từ mycelium (MBC) hiện vẫn chưa đủ bền để thay thế gạch xây hay phần lớn nhựa kỹ thuật. Chúng dễ hút ẩm nếu không được xử lý, nhanh phân hủy ngoài trời nếu thiếu lớp bảo vệ. Thời gian sinh trưởng và đặc tính hữu cơ cũng khiến việc sản xuất quy mô lớn, đồng đều trở nên khó khăn.

Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đang tập trung cải thiện độ bền của MBC cho ứng dụng xây dựng, đặc biệt trong lĩnh vực làm mát thụ động, trong khi vẫn giữ được lợi ích môi trường.

Các hướng tiếp cận bao gồm:

- Gia cường tự nhiên, trộn thêm sợi gai dầu, lanh hoặc các phụ phẩm nông nghiệp – công nghiệp để tăng độ bền mà vẫn đảm bảo khả năng phân hủy sinh học.

- Phủ lớp bảo vệ, sử dụng sáp tự nhiên, dầu sinh học hoặc lớp khoáng để chống ẩm mà không làm vật liệu trở nên độc hại hay khó tái chế.

- Ứng dụng trí tuệ nhân tạo, điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm và nguồn dinh dưỡng trong quá trình nuôi trồng nhằm tạo ra các khối vật liệu có mật độ đồng đều hơn, hiệu suất làm mát và khả năng chịu lực tốt hơn.

Không phải giải pháp nào cũng hiệu quả. Một số lớp phủ giữ ẩm quá mức, làm vật liệu yếu đi; một số loại sợi khiến tốc độ sinh trưởng chậm; trong vài trường hợp, vật liệu trở nên quá giòn hoặc quá xốp. Nhưng mỗi thử nghiệm đều giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách nấm xây dựng mạng lưới của chúng và cách con người có thể định hướng nấm tạo ra các cấu trúc bền vững hơn.

Mục tiêu dài hạn là phát triển vật liệu sinh học có thể chịu được điều kiện thực tế: thời tiết, tải trọng và thời gian. Nếu làm được điều đó, MBC có thể giúp giảm lượng nhựa trong bao bì, mang lại giải pháp xây dựng phát thải carbon thấp, và thúc đẩy ngành xây dựng suy nghĩ vượt ra ngoài các vật liệu “gia công” truyền thống, hướng tới những vật liệu được nuôi trồng.

Tương lai của nấm trong xây dựng

Ở thời điểm hiện tại, vật liệu từ mycelium chưa phải là lời giải vạn năng. Chúng chưa thể thay thế kim loại, bê tông hay nhựa hiệu năng cao, và độ bền ngoài trời vẫn là rào cản lớn. Việc đạt được tính đồng nhất cũng khó khăn vì mycelium là một sinh vật sống, không phải polymer công nghiệp, trong khi các tiêu chuẩn và quy định vẫn cần thời gian để hoàn thiện.

Dẫu vậy, tốc độ nghiên cứu đang diễn ra rất nhanh. Các nhà khoa học đang tìm cách nghiên cứu mycelium bằng cách thay đổi nguồn phế thải nuôi trồng hoặc kết hợp với sợi thực vật. Một số hướng nghiên cứu còn cho thấy mycelium sống có thể tự sửa chữa vết nứt hoặc giúp làm mát công trình mà không cần thêm năng lượng.

Về lâu dài, có thể sẽ xuất hiện các cấu kiện xây dựng lai, kết hợp giữa phần được nuôi trồng và phần được kỹ thuật hóa, trong đó vật liệu từ mycelium đảm nhiệm vai trò cách nhiệt hoặc tiêu âm bên trong một lớp vỏ chịu lực mạnh hơn.

Phần nấm mà chúng ta nhìn thấy chỉ là bề nổi. Chính mạng lưới nấm ẩn dưới lòng đất mới có thể định hình thế hệ vật liệu bền vững tiếp theo cho ngành xây dựng.