Miselyum esaslı  biyokompozit üretimi ve ısı yalıtım malzemesi olarak kullanım olanaklarının deneysel çalışmalarla irdelenmesi
Production of mycelium based biocomposite and examination of usage opportunities as a thermal insulation material with experimental studies
Yazar: SEBAHAT SEVDE SAĞLAM
Danışman: PROF. DR. SEDEN ACUN ÖZGÜNLER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Dünyada artan nüfus ve şehirleşme ile birlikte yıllık atık üretimi ve mevcut kaynakların tüketimi giderek artmaktadır. İnşaat sektöründe yaygın olarak kullanılan petrol esaslı polimerler de çevre için tehdit oluşturmaktadır. Petrol esaslı polimerlerin uyarlanabilirliği, dayanıklılığı ve satın alınabilirliği nedeniyle, küresel endüstride kullanımları oldukça yaygındır. Fakat petrol esaslı bu polimerler, son kullanma tarihinden sonra uzun yıllar doğada bozulmadan kalır ve hiçbir şekilde doğal geri dönüşüm ağına dahil edilemezler. Fosil kaynakları kullanarak polimer üretmek her geçen gün mevcut kaynakları tehdit etmekte ve döngüsel ekonomiyi olumsuz etkilemektedir. Günümüzde malzemelerin döngüsel ekonomi ve sürdürülebilirlik yönleri, tüketici kararlarında büyük rol oynamaktadır. Polimerlerin çevre üzerindeki çeşitli olumsuz etkileri de göz önüne alındığında, biyopolimerler güçlü bir alternatif olarak görülmektedir. Biyopolimerler; bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalar gibi canlı organizmaların oluşturduğu bir polimer grubudur. Ekolojik, düşük emisyonlu ve geri dönüştürülebilir biyopolimerler, bu alanda yeni ve çok çeşitli konuların kapılarını aralamaktadır. Doğal bağlayıcı görevi gören bu biyopolimer ile oluşturulan kompozit malzemeler; ambalaj sanayi, tekstil, mobilya ve endüstriyel tasarım sektörleri, mimari tasarımlar, yapısal yalıtım malzemeleri gibi gelişen farklı uygulama alanlarına sahiptir. 
Uygun malzeme özellikleri ve hızlı büyümesi ile miselyum son yıllarda popüler bir araştırma konusu haline gelmiştir. Miselyum, mantarın yoğun bir mikrofilament ağından oluşan ve hif olarak adlandırılan bitkisel kısmıdır. Esas olarak kitin, glukan ve proteinlerden oluşan uzun hücreler olarak tanımlanabilen, hif adı verilen lifli filamentlerden oluşur. Miseller, ticari değeri çok az olan veya hiç olmayan gıda, tarımsal ve endüstriyel atıkları dahil olmak üzere herhangi bir lignoselülozik malzemeden besin elde ederek büyümek ve bunları çok çeşitli uygulamalarla yüksek değerli kompozit malzemelere dönüştürebilmek gibi üstün özelliklere sahiptir. Miselyum esaslı kompozitler lignoselülozik substratlarla bağlanmak ve yüksek gözenekliliğe sahip kompozitler üretmek için iç içe geçmiş bir hif ağı olan mantar miselyumu kullanırlar. Miselyumun ana bileşenleri doğal polimerlerdir; bu nedenle, biyokompozittirler ve yaşam döngüsünün sonunda biyolojik olarak parçalanabilirler. Miselyum esaslı yenilenebilir kompozitlerdeki son gelişmeler, endüstriyel atık akımlarını daha sürdürülebilir ve döngüsel malzemeler üretmek için uygun bir kaynağa dönüştürmede önemli bir potansiyel göstermektedir. Ek olarak miselyum esaslı kompozitler, mevcut  yalıtım malzemesi pazarında petrol esaslı köpüklerin yerini alacak alternatif sürdürülebilir malzemeler olarak görülmektedirler. 
Bu araştırma kapsamında,  tezin birinci bölümünde tezin amacı ve kapsamı üzerinde durulmuştur. İkinci bölümde, miselyumun tanımı, miselyum esaslı kompozit malzeme üretim ve büyüme süreçleri ile bu süreçleri etkileyen değişkenler ve miselyum esaslı kompozit malzemelerin farklı ölçeklerdeki kullanım alanları ile mevcut akademik çalışmaların derlemesi sunulmuştur. Üçüncü bölümde yapılarda kullanım için ısı yalıtım malzemelerinden beklenen özellikler ve yalıtım kavramı üzerinde durulmuştur. Yaygın kullanılan ısı yalıtım malzemeleri ve genel özelliklerine yer verilmiştir. Dördüncü bölümde miselyum esaslı kompozit üretimi için ön çalışmalar ve deneysel çalışmalar olmak üzere iki aşamalı malzeme karakterizasyon deneyleri yer almaktadır. Ön çalışmalar, miselyum esaslı kompozit üretimi için kullanılacak ham madde seçimi, büyüme süresi ve karışım oranı belirlenmesi gibi amaçlar doğrultusunda yapılmıştır. Yapılan ön çalışmalar sonucu seçilen iki ham madde ile oluşturulan kompozit malzemelerin deneysel çalışmaları için deney programı oluşturulmuştur. Deneysel çalışmalar ısıl (termik), fiziksel, mekanik özelliklerin belirlenmesi ile dayanıklılık (durabilite) deneylerinden oluşmaktadır. Yapılacak deneyler için  literatür çalışmaları ve standartlar referans alınarak uygulanacak prosedürler ve içerikleri belirtilmiştir. Beşinci bölümde deneysel çalışmalara ait sonuçlar yer almaktadır. Elde edilen sonuçlar hem piyasada yaygın kullanılan ısı yalıtım malzemeleri ile hem de akademik çalışmalar neticesinde üretilen diğer biyo esaslı ısı yalıtım malzemeleri ile karşılaştırılmıştır.
Son bölümünde ise çalışma kapsamında elde edilen sonuçlar değerlendirilmiş, daha sonra yapılacak çalışmalar için öneriler sunulmuştur.

Abstract:
With the increasing population and urbanization in the world, annual waste production and consumption of existing resources are increasing. The wastes generated mainly originate from trade centers, the construction sector, residences, agriculture, and various industries. Improper recycling of generated waste causes severe damage to the environment by polluting water bodies, air, landfills, and fertile soils. In addition, the rapid and unconscious consumption of natural resources makes it increasingly necessary to search for renewable and recyclable materials and alternative ways to use existing resources.
Because of synthetic polymers' adaptability, durability, and affordability, their use in the global industry is quite common. However, these petroleum-based polymers remain intact for many years after their expiration date and cannot be included in the natural recycling network in any way. Producing polymers using fossil resources threatens existing resources and negatively affects the circular economy. Today, materials' circular economy and sustainability aspects play a significant role in consumer decisions. Considering the various adverse effects of polymers on the environment, biopolymers are seen as a strong alternative. Biopolymers are a group of polymers formed by living organisms such as plants, animals, and microorganisms. Ecological, low-emission, and recyclable biopolymers open the door to a wide variety of new topics in this field. Composite materials are created with this biopolymer, which acts as a natural adhesive; It has different application areas such as the packaging industry, textile, furniture, and industrial design sectors, architectural designs, and structural insulation materials.
With its favorable material properties and rapid growth, mycelium has recently become a popular research topic. The mycelium is the vegetative part of the fungus, called the hyphae, which consists of a dense network of microfilaments. It consists mainly of fibrous filaments called hyphae, which can be described as long cells composed of chitin, glucan, and proteins. Myceliums have outstanding properties, such as growing by extracting nutrients from any lignocellulosic material, including food, agricultural and industrial wastes of little or no commercial value, and transforming them into high-value composite materials with a wide variety of applications. Mycelium-based composites use an interlocking network of hyphae, mycelium, to bond with lignocellulosic substrates and produce composites with high porosity. The main components of mycelium are natural polymers; therefore, they are a biocomposite and are fully biodegradable at the end of their life cycle. Recent developments in mycelium-based renewable composites show significant potential in transforming industrial waste streams into viable sources for producing more sustainable and circular materials. In addition, mycelium composites are seen as alternative sustainable materials to replace petroleum based foams in the current traditional insulation market.
Within the scope of this research, the aim and scope of the thesis are emphasized in the first part of the thesis. In the second part, the definition of mycelium, the production and growth processes of mycelium based composite materials and the variables affecting these processes, the usage areas of mycelium composite materials at different scales, and a compilation of current academic studies are presented. The third chapter emphasizes the expected properties of thermal insulation materials for use in buildings and the concept of insulation. Commonly used thermal insulation materials and their general properties are given. In the fourth chapter are two-stage material characterization experiments, namely preliminary experiments and advanced experimental studies for producing mycelium composites. Initial trials were carried out in line with the objectives, such as the selection of the raw material to be used in the production of mycelium composite, the mixing ratio, the growth time, and the determination of the ambient conditions. As a result of the preliminary experiments, different mycelium-based composites were produced using 16 other raw materials under the mixing ratio and production conditions determined by utilizing the mycelium of the genus Pleurotus ostreatus. Compatibility and development of raw materials, each with different cellulose, hemicellulose, and lignin ratios and generally consisting of organic waste materials with mycelium, was observed within the 28-day growth period. At the end of 28 days, water absorption under atmospheric pressure, flexural strength, and compressive strength tests were performed on the composites produced, and the results were evaluated. In light of the estimated effects, beech sawdust and pulp raw materials, which showed promising results in the experiments by providing ideal growth with mycelium material, were selected for further investigations. However, it was observed that the results of the water absorption test under atmospheric pressure, which was carried out within the scope of the preliminary examination, were very high compared to the current materials. For this reason, it was decided to coat it with linseed oil, a natural water repellent, to not spoil the wholly natural and sustainable structure of mycelium-based composite materials by adding any synthetic products. In this case, alternatives of mycelium composites containing beech sawdust and pulp coated with linseed oil were also produced within the scope of advanced experiments. Investigations were completed on a total of four series. Of these series, only samples containing beech sawdust were coded as MT, those containing beech sawdust and covered with linseed oil were coded as MTB, those containing pulp were coded as MK, and those containing pulp and coated with linseed oil were coded as MKB. 
Advanced experimental studies include determining thermal, physical, and mechanical properties and durability tests. The procedures and contents for the experiments are determined by considering the literature studies and standards. The fifth chapter contains the results of further experimental investigations. The results were compared with petroleum based thermal insulation materials, widely used in the market, and other bio-based thermal insulation materials produced from academic studies.
In the last part, the results obtained within the scope of the study are interpreted, and suggestions for future studies are presented.
According to the results obtained within the scope of advanced experiments on the produced mycelium composite samples, although all series have a high water absorption rate, considering that they will be used as an intermediate layer in buildings and a waterproofing layer will be added to them, they have been found suitable for use as thermal insulation materials. Each of the series is similar in terms of thermal properties. Regarding physical properties, MTB samples with the lowest water absorption rate by mass and MKB samples with the lowest water absorption rate by volume are preferable to the others. According to mechanical properties,; MKB and MK series give better results. Finally, according to the durability test results, the long-term performance of MTB and MKB samples is better than the others.