Xylinum

Natural Skin

Das Projekt »Xylinum« beschäftigt sich vor dem Hintergrund der Ressourcenverknappung und Umweltbelastung durch erdölbasierte Kunststoffe, mit einer möglichen neuen Material- und Produktionskultur.

Hintergrund

Die Tatsache, dass Mikroorganismen für industrielle Prozesse nützlich sein können ist seit langem bekannt, wie zum Beispiel Hefekulturen zur Herstellung von Brot und zur Gärung, oder Milchsäurebakterien zur Erzeugung von Käse genutzt werden. Durch die Möglichkeiten, das Erbgut der Organismen zu entschlüsseln und bewusst zu verändern hat sich dieser Industriezweig der so genannten weißen Biotechnologie jedoch grundlegend verändert. Chemische Prozesse können auf diese Weise durch organische ersetzt werden. Genutzt wird diese Technologie zum Beispiel bereits in der Waschmittel- und Textilindustrie, hat aber ebenfalls in den Bereichen der Energiegewinnung oder der Erzeugung von Biokunststoffen großes Potential. Bakteriencellulose ist ein solches Material, das mit Hilfe von dem Bakterienstamm Acetobacter Xylinum erzeugt wird, welcher in einer Nährlösung Glucose in eine Cellulosestruktur umwandelt. Um das Projekt zu realisieren wurde mit dem Biochemieunternehmen Jenpolymers zusammengearbeitet, dem die Entwicklung eines Verfahrens gelang, bei dem die Cellulose bereits während der Entstehung in der Nährlösung in eine beliebige Form gebracht werden kann.

Herstellung

Das Cellulosevlies ist in seinen Eigenschaften auf einen medizinischen Einsatz als Hohlimplantat für Bypassoperationen, oder Wundauflagen ausgerichtet. Es zeichnet sich durch eine dreidimensionale Gitterstruktur auf Nanoebene aus, die ihm hervorragende mechanische Eigenschaften verleiht. Seine Festigkeit ist im feuchten Zustand sogar vergleichbar mit Kevlar® oder Stahl. Das Material ist so rein, dass es – eingesetzt im menschlichen Körper – von körpereigenen Zellen besiedelt wird. Es ruft somit keinerlei allergische Reaktionen hervor und ist zudem vollständig biologisch abbaubar. Da das Material aufgrund der medizinischen Anwendung sehr viel Wasser bindet, muss es anschließend getrocknet werden und verliert dementsprechend an Volumen.

Eine zentrale Frage des Projektes ist, inwiefern sich das Material verarbeiten und nutzen lässt. Von dieser Fragestellung ausgehend entstand eine Vielzahl von Materialproben, die in dem Buch »Bakteriencellulose-Bebilderter Erfahrungsbericht einer Diplomarbeit« zusammengefasst wurden. Auf diese Weise sollen die gesammelten Erfahrungen einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.

Gestaltung

Ziel des Entwurfs ist es ein ikonenhaftes Objekt zu schaffen, das stellvertretend für eine neue Material- und Produktionskultur steht.
Der Hocker wurde als Objekt gewählt, da er einerseits den technischen Eigenschaften des Materials gerecht wird und andererseits diesem eine geeignete Projektionsfläche bietet. Der Hocker ist das reduzierteste Sitzmöbel, seine Funktion ist klar definiert und stellt so das Material in den Vordergrund. Darüber hinaus besteht durch die optischen und haptischen Eigenschaften der Cellulose eine Nähe zu Pergament und Leder, deren Einsatz und Verarbeitung im Möbelbereich eine lange Tradition hat. So ist der Bezug von Möbeln mit Pergament eine der aufwendigsten und teuersten Verarbeitungstechniken. Die Bakteriencellulose spielt auch funktional die zentrale Rolle. Sie schließt die Sitzfläche und macht das Hockergestell funktional erst zum Hocker.

Die Gestaltung des Hockers basiert auf den Erkenntnissen der Materialtests und den Materialeigenschaften. Aufgrund der Herangehensweise stellte sich der Entwurf als sehr überraschend heraus, da weder Ästhetik noch Verhalten der Bakterien im Vorfeld der Tests absehbar waren. In den verschiedenen Entwicklungsstadien entstanden so, basierend auf unterschiedlichen Materialeigenschaften, eine Vielzahl unterschiedlicher Modelle.
Holz erzielte in der Testreihe die besten Beschichtungsergebnisse und stellt neben der Tatsache, dass es natürliche Cellulose ist, ein ideales Gerüstmaterial dar. Erlenholz erwies sich aufgrund seiner feinen, regelmäßigen Struktur und der damit verbundenen Trocknungseigenschaften als passend. Die Verbindungen zwischen Ring und Beinen ist formschlüssig und die Kanten wurden mit Radien versehen, um Materialabrieb an Ecken und Kanten zu verhindern. Um zu gewährleisten, dass die Konstruktion nach der Entnahme aus der Nährlösung weiterhin stabil bleibt, wurde ein von Jenpolymers speziell entwickeltes Epoxydharz verwendet, das keine negativen Einflüsse auf den Bakterienstamm hat.
Für die Beschichtung der Sitzfläche wurde die Ringöffnung mit einer Form gefüllt, die nach dem Beschichten zerstört und durch eine vorher definierte Öffnung entfernt werden konnte.

Einschätzung

Der Hocker illustriert den Versuch unplanbare, natürliche Prozessen in einen geplanten Designprozess zu integrieren. Planbar ist einerseits Konstruktion und Materialeinsatz. Nicht planbar die Gestalt des Holzrahmens nach dem Trocknen sowie das Verhalten und die hautartige Oberflächenstruktur der Cellulose. Die Art der Herstellung in einer Nährlösung unter Einbeziehung von Mikroorganismen rückt das Gebrauchsobjekt an sich in einen neuen Kontext. Weg von der Fabrik mit Schornsteinen, die Abgase hinauspusten, hin zu einem natürlichen Entstehungsprozess, vergleichbar mit dem Sprießen eins Keims, oder des Heranwachsens eines Lebewesens. Verstärkt wird dieser Charakter durch die Einzigartigkeit des Objektes.

Bakteriencellulose steht stellvertretend für eine neue Materialkultur, in der es möglich wird, hochspezialisierte Materialien nachhaltig mit Hilfe von Mikroorganismen zu erzeugen. Da sich die Größenmaßstäbe, in denen Ingenieure wie auch Biochemiker arbeiten, immer weiter annähern, werden sich deren Arbeitsbereiche in Zukunft überschneiden. Der Biochemiker als Ingenieur der Zukunft. Organismen, wie wir sie heute in der Natur finden, werden für industrielle Zwecke kopiert oder umgebaut werden. Der nächste Schritt wäre schließlich die gänzliche Neugestaltung von künstlichen Systemen. Die Erfüllung des Traums, die Natur nicht nur zu imitieren, sondern sie zu verbessern. Bei allen Perspektiven, die diese noch junge Wissenschaft bietet, sollte sie, gerade vor dem Hintergrund der genetischen Manipulation von Lebewesen, auch kritisch betrachtet werden.

Xylinum
Foto: Jannis Hülsen
Xylinum
Foto: Jannis Hülsen