Mycelium - Laboratorio de Biofabricación FADEU-UC
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Universidad de Chile Facultad de Arquitectura y Urbanismo Carrera de Diseño Mycelium Material biobasado, compuesto del micelio del hongo Trametes Versicolor y cáscaras de nuez Juglans Regia Informe de proyecto para optar al título de Diseñador Industrial de la Universidad de Chile, adscrito al protocolo de proyecto experimental.
Abstract La presente investigación se en- Para ello se identificaron es- marca en la exploración y experi- pecies de hongos del tipo Basi- mentación de un nuevo material diomycota y subproductos de la biobasado, compuesto a partir de industria agrícola a utilizar en la la utilización micelio de hongo y experimentación. Se determina- subproductos de la industria agrí- ron dos tipos de hongos, Pleurotus cola. Ostreatus y Trametes Versicolor y subproductos de la industria agrí- La industria agrícola y forestal cola, rastrojos de cereales y cásca- genera una gran cantidad de re- ras de frutos secos. Se caracteriza- siduos. Según informó CONAF ron y evaluaron las propiedades sólo en la Región Metropolitana físicas y mecánicas del material se quemaron 2.501 hectáreas de así como también su comporta- desechos agrícolas en el periodo miento a agentes externos. 2014-2015. Estos residuos, ya sean agrícolas o forestales, crean un En base a lo anterior se inves- problema tanto para la actividad tigan posibles áreas del diseño que los genera como para el me- donde se pudiese proyectar y de- dio ambiente y el destino final de sarrollar el uso de este material estos no está del todo resuelto ya compuesto que es más fácil y económico des- echarlos que aprovechar de una manera más eficiente esta mate- 9 ria prima, dándole un nuevo uso. Este proyecto plantea reutilizar estos residuos mediante la fabri- cación de un nuevo material, sus- tentable, económico, con un bajo impacto ambiental, considerando su ciclo de vida, donde en su etapa final este material se reintegra al ecosistema mediante la descom- posición total de sus componen- tes. La investigación es de carácter exploratorio por lo cual se eva- luó el proceso de conformación y composición del material bioba- sado. De esta manera se estableció un método constructivo de este material y se realizaron pruebas en laboratorio que permitieron Palabras clave: Material biobasado, resi- caracterizar físicamente y mecá- duos agrícolas, micelio de hongo, ecolo- nicamente el material. gía industrial
Índice de contenidos Índice de contenido _____________________________________________ 10 Agradecimientos ________________________________________________ 7 Abstract________________________________________________________ 9 Capítulo 1 Introducción__________________________________________ : 14 Objetivo_________________________________________________ 18 Estrategia metodológica___________________________________20 Capítulo 2 : Antecedentes_________________________________________22 2.1 Desarrollo Sostenible___________________________________24 2.2 Empresas que usan subproductos agrícolas como materia prima para el desarrollo de productos__________26 2.3 Reino Fungí___________________________________________28 2.4 Empresas que usan el micelio del hongo como aglomerante para el desarrollo de productos___________ 30 10 2.5 Subproductos Agrícolas y Frutícolas_____________________ 35 Capítulo 3: Experimentación______________________________________ 42 3.1 Experimentación______________________________________ 44 3.2 Justificación__________________________________________ 46 3.3 Experimentaciones ____________________________________ 46 3.4 Experimentacion I ____________________________________ 48 3.5 Tipos de esterilización _________________________________ 54 3.6 Experimentación II ___________________________________ 55 3.7 Experimentación III ___________________________________ 59 3.8 Experimentación IV___________________________________ 72 3.9 Conclusiones_________________________________________ 81
Capítulo 4: Caracterización física, mecánica y de resitencia a agentes externos________________________83 4.1 Caracterización física, mecánica y de resitencia a agentes externos________________________84 4.2 Pruebas a las que se sometio el material micelio________________________________________86 4.3 Resumen de ensayos________________________________________________________________86 Capítulo 5: Aplicación Demostrativa_____________________________________________________________91 5.1 Aplicación demostrativa______________________________________________________________92 5.2 Ejercicio I___________________________________________________________________________92 5.3 Ejercicio II___________________________________________________________________________95 5.4 Ejercicio III_________________________________________________________________________ 95 5.5 Ejercicio IV_________________________________________________________________________100 Capítulo 6: Conclusiones, recomendaciones y proyecciones________________________________________105 6.1 Conclusiones_______________________________________________________________________106 11 6.2 Proyecciones_______________________________________________________________________107 Capítulo 7: Anexos_____________________________________________________________________________109 7.1 Anexos_____________________________________________________________________________110 7.2 Postulación a proyectos de investigación y desarrollo____________________________________111 7.3 Postulación a congreso intersecciones_________________________________________________112 7.4 Colaborador workshop biodesing_____________________________________________________113 7.5 Colaborador Museo delHongo_________________________________________________112 Índice de imágenes y esquemas_________________________________________________________________119 Índice de imágenes_____________________________________________________________________120 Índice de esquemas_____________________________________________________________________124 Bibliografía___________________________________________________________________________________127
Imagen. Boletus versipellis. Autor P. Klincksieck Atlas des champignons comestibles et vénéneux, Paris (1891). License Public Domain
Capítulo 1_ La investigación que se presenta material donde esté pensado su a continuación se origina a par- ciclo de vida, que sea reutilizable, Introducción tir de dos aristas. Por un lado la biodegradable, compostable, que investigación y desarrollo de nue- su manufactura tenga un bajo im- vos materiales desde el punto de pacto ambiental en el ecosistema, vista del diseñador industrial y que los materiales con los que se por otro lado el no-uso de dese- fabrica sea de origen local, entre chos originados por la industria otros. Esta caracteristicas tienen agrícola y frutícola que pudiesen que ser consideradas desde el ser una alternativa de materia punto de vista del diseño. prima para el desarrollo e investi- Por lo mismo esta investigación gación de materiales. de carácter experimental busca El nivel de disponibilidad que el desarrollar un material que com- ser humano ha tenido de mate- bine la utilización de desechos riales y procesos de manufactura que generan la industria agrícola ha ido en aumento progresivo a lo y frutícola , con un aglutinante largo de su historia. En la actuali- natural, que permita a este ma- dad un diseñador industrial pue- terial dotarlo de características de tener a su disposición cientos sostenibles, en todo el desarrollo de miles de materiales y cientos y vida útil de este. de variaciones de las actividades básicas que regulan los procesos de manufactura (Escobar, Her- Tipo de investigación: Investiga- nando. 2008). ción exploratoria, experimental Dentro del desarrollo de materia- les, está la posibilidad de que el diseñador pueda ser partícipe en el proceso de desarrollo de estos, 14 dándoles características, propie- dades, usos, entre otras. Este de- sarrollo puede ser parte de una investigación teórica-práctica, a partir de desarrollos experimen- tales y prototipos, lo que conlleva, si esta investigación es exitosa, a proponer la posibilidad de un nuevo material para el desarrollo de productos. Estamos en un momento de la historia donde el desarrollo soste- nible nos guia a añadir atributos a los materiales que no necesaria- mente son de desempeño físico mecánico. Por ejemplo, que sea un
17 Imagen. Sustratos ,Rastrojos de Alfalfa Elaboración propia.
Tema Preguntas de investigación Objetivo general Material biobasado a partir del ¿Es posible la aplicación en áreas Desarrollar y caracterizar un nue- micelio del hongo Trametes Versi- del diseño de un material con- vo material biobasado compuesto color y subproductos de la indus- formado por micelio de hongo de micelio de un hongo y subpro- tria frutícola, cáscara de nuez del (Trametes Versicolor y Pleurotus ductos de la industria agrícola y tipo Juglans Regia para el uso y Ostreatus) y subproductos de la frutícola para su posible uso en aplicación en áreas del diseño. industria agrícola y frutícola (ras- áreas del diseño. trojos de cereales y cáscaras de frutos secos)?. Objetivos específicos Hipótesis 1. Identificar los micelios de hongos usados como aglo- Las propiedades mecánicas del merante y los subproductos material biobasado a partir del agrícolas y frutícolas más micelio de un hongo (Trametes apropiados para el desarro- Versicolor y Pleurotus Ostreatus) llo de un material biobasado y subproductos de la industria agrícola y frutícola (rastrojos de cereales y cáscaras de frutos se- cos) son insumos aptos para el de- 18 sarrollo de un material con aplica- ciones en diseño.
2. Determinar en laboratorio el procedimiento para el cultivo de hongos. Diferentes méto- dos y aplicaciones. 3. Desarrollar un material bio- basado con el micelio de un hongo y subproductos de la industria agrícola y frutícola. 4. Caracterizar y evaluar las propiedades mecánicas y fí- sicas del material biobasa- do y de biodegradabilidad. 5. Proponer aplicaciones del ma- terial desarrollado en áreas el diseño. 19
Estrategia metodológica Resumen de contenido Capítulo 3: Experimentación y Plan de Trabajo co-Mecánicos La investigación es de carácter ex- • Estructura de los ensayos y ploratorio por lo cual se evaluó el El plan de trabajo corresponde a normas. proceso de conformación y com- cómo se llevó a cabo la investiga- • Desarrollo de los ensayos posición del material biobasado. ción y está desglosado en los si- • Análisis y discusión de resul- Se fabricaron muestras las que guientes ítems: tados fueron ensayadas física y mecáni- camente en laboratorio. Capítulo 2: Antecedentes Capítulo 5: Aplicación De- Para ello se identificaron es- • Aproximación al tema de mostrativa pecies de hongos del tipo basi- investigación • Alcances del material bioba- diomicetos y subproductos de la • Determinación del tipo de sado en áreas del diseño industria agrícola y frutícola a investigación • Propuesta, desarrollo y fa- utilizar en la experimentación. Se • Desarrollo del marco teórico bricación de una aplicación determinaron dos tipos de hon- • Contextualización acerca del demostrativa del material gos (Pleurotus Ostreatus y Tra- uso de los subproductos de la • biobasado metes Versicolor), subproductos industria agrícola de la industria agrícola (rastrojos • Recopilación y análisis biblio- Capítulo 6: Conclusiones, de cereales) y subproductos de la gráfico sobre el reino Fungi y proyecciones y recomenda- industria frutícola (cáscaras de características específicas ciones frutos secos). Se determinó el mé- • sobre el tipo de Hongo utili- • Conclusiones, recomendacio- todo constructivo y se fabricaron zado nes y proyecciones 20 muestras en laboratorio. • Reuniones con informantes clave
Alcances y limitaciones de la la infraestructura y los costos mo- investigación netarios. Se construye un labora- torio de bajo costo, que permite la La investigación busca establecer el desarrollo y conformación del un método para la conformación material, pero debido a que no se de un material biobasado a partir cuenta con maquinaria especia- de micelio de un tipo de hongo y lizada el tiempo de crecimiento subproductos de la industria agrí- del micelio es más largo, así como cola. también el tamaño de las apli- Los alcances esperados pretenden caciones demostrativas tiene un reutilizar desechos de la industria tamaño determinado por las di- agrícola y frutícola como materia mensiones del horno con el que prima, para de esta manera darle se cuenta (proceso de curado del un nuevo uso y prolongar su vida material). útil como un subproducto. Se es- Se espera a futuro realizar esta pera insertar en el ámbito de la investigación en laboratorio con investigación y desarrollo un nue- un proceso de conformación más vo tipo de material, de bajo costo, estable y seguro. sustentable y con bajo impacto ambiental. Los ensayos físico-me- cánicos nos darán un marco para establecer proyecciones y aplica- 21 ciones en el ámbito del diseño. Las limitaciones de la investiga- ción están relacionadas al tiempo,
Imagen. Pleurotus Ostreatus Autor P. Klincksieck Atlas des champignons comestibles et vénéneux, Paris (1891). License Public Domain
Capítulo 2_ Antecedentes
Capítulo 2_ Antecedentes En este capítulo se presentan los hongos que se utilizan para el de- La crisis ambiental es el resul- antecedentes que permitieron sarrollo de materiales y se presen- tado de nuestro sistema social y desarrollar la base teórica para el tan ejemplos de investigadores productivo, de nuestra manera de desarrollo del material biobasado. y empresas que desarrollan esta existir y funcionar. No distingue Se presentan ideas generales tecnología. entre países generadores de pro- acerca del desarrollo sostenible, y Finalmente se presentan los ductos o países generadores de la ecología industrial, conceptos desechos, en este caso agrícolas materias primas, de alguna u otra que buscan desarrollar tecnolo- y frutícolas, generados por otras manera todos somos parte y cul- gías y productos, que tengan en industrias que se utilizan como pables de esta crisis. consideración los recursos natu- materia prima para el desarrollo Sin embargo hacerse cargo de rales con los que contamozs, en- de materiales. Se verifica la gran esta realidad, que nos afecta a no- tender que no podemos seguir fa- cantidad de desechos que gene- sotros y a futuras generaciones ha bricando productos infinitos con ra la industria y como esta no se llevado a parte de la sociedad a recursos finitos. Se busca generar hace cargo de lo que genera, sino replantearse el modelo de produc- una sociedad más participativa, más bien le pasa este problema a ción, el modelo de vivir y relacio- reflexiva y consciente, de lo que la comunidad donde se desarrolla narnos con el medio, a través de consume, produce y genera, no la actividad, al medio ambiente, y un modelo más sostenible. sólo en el presente, sino proyec- al ecosistema en general. La expresión Sostenibilidad Am- tándose al futuro. Se presentan biental (Manzini 2000) se refiere ejemplos de empresas que están 2.1 Desarrollo Sostenible a que las actividades humanas llevando a cabo estas ideas, mu- no pueden llegar a estresar el eco- chas de las cuales desarrollan En el último medio siglo, la hu- sistema, más allá del límite que 24 productos con desechos de otras manidad se ha encontrado ante resista y donde estas actividades industrias. la posibilidad de autodestruirse y no desencadenan fenómenos irre- Algunas de estas investigacio- la inédita condición de tener con- versibles de degradación y conta- nes tienen relación con usar or- ciencia de ello. Es decir, entender minación. Esto se planteado a es- ganismos de la naturaleza para el que la crisis ambiental que vivi- cala mundial, regional y local. desarrollo de materiales, en este mos puede no tan solo desviar El sistema de producción y con- caso es el uso de hongos, específi- el camino de la historia propia y sumo responde a la demanda de camente el micelio del hongo, que futura, sino incluso representar el productos y servicios. Un sistema es la parte vegetativa de este. Por final de la propia historia, porque sostenible debe responder a esta lo mismo se da una pequeña rese- el mañana, el día después ya no demanda sin alterar los ciclos ña del reino de los hongos, su cla- habrá humanos que puedan ex- naturales y sin empobrecer el ca- sificación, la presencia en el país, plicarlo (Manzini 2000). pital natural, debe reducir la utili- además se declara cuáles son los zación de recursos naturales, más Sistema Lineal de Producción Extracción Producción Distribución Consumo Descarte Figura 1. Sistema lineal de producción. Elaboración propia.
bien debe basarse en recursos re- La basura, la contaminación, los pobreza, desigualdad económica, novables, garantizando además productos de mala factura, son cultural, social y ambiental, entre que estos se renueven y optimi- consecuencia de malos diseños, los grandes empresarios y los em- zando los recursos no renovables. con nula planificación, no consi- pleados. derando su ciclo de vida, solo con- La respuesta más simple a esta 2.1.1 Cradle to Cradle (de la cuna siderando factores económicos destrucción, de origen industrial, a la cuna) (ver figura 1). ha sido la de hallar un método Los esfuerzos por una industria menos dañino para el ecosistema. La infraestructura industrial está con menor impacto se remontan Conceptos como reducir, evitar, diseñada para la generación de a los primeros años de la Revolu- minimizar, sostener, limitar, dete- crecimiento económico. Lo consi- ción Industrial, cuando las empre- ner, se han usado en la mayoría de gue, pero a expensas de otras ne- sas eran tan destructivas y con- las consideraciones ambientales cesidades vitales, como la salud taminantes que tenían que ser de la industria actual (Braungart, humana, el ecosistema, la riqueza controladas para que no causaran McDonough. 2002). natural y cultural, e incluso la di- enfermedades o la muerte. La in- Durante la primera mitad del versión y el disfrute. La mayoría dustria salitrera, la industria que siglo 20 mucho ambientalistas, de los métodos y materiales in- explotaba el carbón, en el norte y escribieron artículos que denun- dustriales son involuntariamente sur de Chile respectivamente, son ciaban la destrucción del ecosis- empobrecedores (Braungart, Mc- claros ejemplos de destrucción tema y el medio ambiente, pero Donough. 2002). del ecosistema, generación de siempre desde el punto de vista ‘romántico’ de la situación, no con hechos con base científica. Sin embargo en 1962 con la publica- 26 Sistema cerrado ción del libro “The silent spring” de la científica Rachel Carson, esta valorización de la naturaleza se transformó en preocupación con base científica. Así también en 1984 el Entomó- logo Paul R. Ehrlich público “The Floración Flor Polinización population explosión” donde en el primer capítulo propone con- vertir nuestro modelo de produc- ción a uno de sostenibilidad. 2.1.2 Ecología Industrial La ecología industrial es un área Semilla interdisciplinaria que intenta asi- Árbol milar el funcionamiento de los ecosistemas industriales al de los naturales, con una interrelación Maduración Germinación entre la industrias, el medio social y natural que tiende a cerrar el ci- clo de materia y energía (ver figu- ra 2). El cierre de ciclo de materia Plántula se consigue en parte usando los residuos de una industria como Figura 2. Sistema cerrado en el ecosistema. Elaboración propia.
materia prima de otras (Cervan- des. Además se genera una coope- dio ambiente, este crece casi sin tes 2007). ración entre las industrias lo que uso de fertilizantes y pesticidas La ecología industrial busca ce- trae consigo beneficios para la co- artificiales, además sus desechos rrar el ciclo de los desechos ge- munidad (Lowe et al. 1997). son aprovechados para la fabrica- nerados por la industria, es decir, Esta investigación plantea de- ción de estos tableros. obtener un nivel cero de residuos. sarrollar un material que tenga Esto se consigue usando una par- principios de la ecología indus- te de los residuos de una industria trial y del desarrollo sostenible como materia prima de otras, tal (ver figura 3). Donde se considere como pasa en los ecosistemas na- cuanta es la energía que se nece- turales. sita para fabricarlo, la obtención La limitación que tiene emular de la materia prima, el impacto este sistema es la diferencia entre ambiental que genera, y como el sistema natural y el sistema de- este una vez terminado su ciclo sarrollado por los humanos. El sis- se reintegra al ecosistema. A con- tema que desarrollamos es abier- tinuación veremos ejemplos de to y funciona lejos del equilibrio, materiales que usan estos princi- funciona en base a demandas de pios para el desarrollo de sus pro- Imagen 1. Tablero fabricado en base a rastro- jos de arroz, Kokoboard.Fuente materia.nl productos y servicios, muy lejos ductos. de cómo funciona el ecosistema. Sin embargo si nuestro sistema 2.2 Empresas que usan subpro- industrial, político y social evo- 26 ductos agrícolas como mate- lucionará a un ecosistema indus- trial más complejo e interconec- ria prima para el desarrollo de tado con los otros sistemas esta productos teoría podría validarse. La ecología industrial promueve 2.2.1 Kokoboard la creación de relaciones, conec- tando al sistema industrial entre Empresa Tailandesa que desa- sí, y a éste con la sociedad y el rrolla tableros a base de subpro- medio natural. Este punto es im- ductos de la industria agrícola. Imagen 2. Tablero fabricado en base a cásca- portante y es la clave para que la Tales como tableros de rastrojos ras de maní, Kokoboard. Fuente materia.nl ecología industrial contribuya al de arroz, rastrojos de maravilla, desarrollo sostenible en sistemas cáscara de maní, entre otros. Es- industriales (Cervantes 2007). tos tableros se fabrican con calor Generar un modelo de ecología y presión y no cuentan con adhe- industrial trae consigo beneficios sivos del tipo formaldehído como económicos, medioambientales y aglomerante. sociales. Se ahorran recursos, se minimizan los residuos, que aho- 2.2.2 Linex Pro Grass ra son usados por otra industria, se disminuyen las emisiones con- Empresa holandesa que desarro- taminantes, se mejora los pues- lla tableros compuestos por ras- tos de trabajo, se generan redes, trojos de lino y adhesivo bioba- Imagen 3. Tablero fabricado en base a rastro- además de mejorar la imagen de sado. El lino es una de las fibras jos de lino y adhesivo biobasado, LInex Pro empresas, ciudades y comunida- textiles más amigables con el me- Grass. Fuente materia.nl
Sistema que usa conceptos de la Ecología Industrial Extracción Producción Distribución Consumo Descarte Subproductos agrícolas Materia prima 27 Descomposición Fabricación Material material Producto Figura 3. Sistema que usa conceptos de la Ecología Industrial. Elaboración propia.
2.3 Reino Fungí rrollo de la vida humana. (hongos asociados con algas), tra- Estos organismos están presen- bajan en conjuntos rompiendo la Los hongos son organismos agru- tes en todos los medios y ecosiste- superficie de las rocas, formando pados en el reino conocido como mas; en el agua, en el suelo, en el nuevos suelos y uniendo partí- Reino Fungí que es el tercer gran aire, en los prados, en los bosques, culas para prevenir la erosión. Reino de Vida, junto a los Reinos además de encontrarse también Otro beneficio de los hongos es Animalia y Reino Plantae y se es- en cultivos. Se emplean en la in- que producen sustancias quími- tima que existen alrededor de 50 dustria alimenticia y farmacéu- cas que permiten el desarrollo de mil especies (Furci 2007).En las tica, en todo nivel de la cadena antibióticos en el área de la me- últimas décadas hemos sido capa- productiva. Son seres capaces de dicina, de hecho la penicilina es ces de comenzar a apreciar su lu- vivir prácticamente en cualquier un desarrollo derivado del estudio gar y función en la tierra. Los hon- sustrato, desde kerosene, alumi- de la micología. También los hon- gos tienen funciones cruciales en nio, pinturas, huesos, piel, pelo, y gos son alimento para los seres el ecosistema y no es exagerado papel (Furci 2007). humanos, animales pequeños y decir que la vida que conocemos Los hongos generan asociacio- grandes, algunos alimentos solo no podría existir sin ellos. nes en las raíces a través del mi- son posibles de existir gracias a la Los hongos son los grandes re- celio lo que permite que plantas asociación con los hongos, como cicladores de la naturaleza. Des- y árboles se interconecten y for- son las levaduras, que permiten componen residuos vegetales y men asociaciones mutuas que la fabricación del pan, el queso, la animales dejando los nutrientes mejoran la absorción del agua y cerveza, el vino, entre otros. resultantes al servicio del creci- los nutrientes. Además realizan Los hongos se desarrollan prefe- miento de nuevas plantas, de ani- otras tareas útiles en beneficio del rentemente en lugares húmedos y 28 males e incluso permiten el desa- ecosistema. En forma de líquenes oscuros ya que no necesitan de la Seta en fase de huevo Esporada Hifas Filamentos Primarios Micelio Filamentos Secundarios Figura 4. Estructura de un hongo de sombrero. Elaboración Propia
luz directa del sol para sobrevivir. Los hongos están compuestos por filamentos (hifas), que son células que en algunas especies forman una red o micelio que permanece sobre el sustrato adecuado todo el año (Furci 2007), siendo las setas o ‘callampas’ y otras formas exis- tentes solamente la fructificación del hongo (ver figura 4). Por lo mismo los hongos se encuentran en determinadas épocas del año, bajo ciertas condiciones ambien- tales, y en la mayoría de los casos viven por períodos de tiempo muy cortos. 2.3.1 El Reino Fungí en Chile Imagen 4 . Detalle del micelio que constituye el cuerpo vegetativo de un hongo. En Chile se han registrado más de Fuente wikimedia.org, License Public Domain 3.000 especies de hongos (Mujica y Vergara, 1980), de las cuales sólo se ha descrito un 10%. Existen al- ambientes. Por esta razón la mi- 30 rededor de 50 especies de hongos croflora está en constante cambio comestibles en nuestro país, sien- y aumento. do al menos 15 las especies nati- Se hace cada vez más importan- vas consumidas y recolectadas te y relevante conocer las especies por el pueblo mapuche en invier- del Reino Fungí con las cuales no (López y Fuenzalida, 1998). convivimos y que a la vez son pie- Estos factores climáticos favore- zas fundamentales de nuestros cen el desarrollo de los hongos en Imagen 5. Digüeñe. Fuente Raimundo del Rio. bosques, costas y praderas, por- Chile, siendo la zona central y sur que también hay una gran canti- las que poseen las variables nece- Las épocas de recolección varían dad de hongos no comestibles, ve- sarias para la vida de los hongos. de región en región. En la zona nenosos, alucinógenos y también Están presentes en hábitat como central que corresponde a las Re- mortales (Conama 2008). la tundra, pastizales, la selva giones del Libertador Bernardo Para tener una visión más cerca- valdiviana, el bosque esclerófilo O’Higgins, de Valparaíso y la Me- na y empírica del Reino Fungí, se mediterráneo y el desierto entre tropolitana los meses de junio, ju- realizó un curso introductorio de otros. lio, agosto corresponden para su micología que fue dictado por la Los hongos constituyen una recolección. En la zona sur desde Fundación Fungí. Este se impartió parte importante de las especies la Región de los Lagos hasta la Re- en el Parque privado Altos de Can- presentes en el ecosistema de Chi- gión del Maule se recomienda los tillana en la Región Metropolita- le. La importancia de estos no es meses de febrero a mayo, y en la na. El curso contó una parte teóri- conocida por los habitantes, salvo zona de Magallanes de diciembre ca donde se vio la importancia de en el aspecto alimenticio donde a marzo. los hongos en el ecosistema, se en- encontramos hongos como los Como otros organismos los hon- tendió su composición biológica y champiñones, digüeñes, trufas, gos se desplazan a través de las además de entender que crecen changles, entre muchos otros. esporas para crecer en nuevos en diferentes escenarios, como
restos vegetales, maderas, pastos, 2.3.2 Hongos descomponedo- rrollar un material. estiércol entre otros. Además se res de madera Los hongos seleccionados son de recorrió el Parque y se aprendió la división basidiomicetos del Rei- a identificar los hongos, fotogra- La madera está formada por tres no Fungí, y se escogieron dos tipos fiarlos, documentarlos y entender polímeros. Celulosa, que es el ele- de esta clase Pleurotus Ostreatus, de manera práctica el lugar donde mento constitutivo de la madera, cultivado como hongo comestible, se desenvuelven con el medio am- desde el punto de vista químico, y Trametes Versicolor el cual se biente y cómo coexisten. la celulosa es un polímero natural cultiva y se usa con fines medici- formado por unidades de glucosa. nales. La Hemicelulosa que forma parte En el siguiente subtema veremos de las paredes de las diferentes algunos ejemplos de empresas, células de los tejidos del vegetal. diseñadores y artistas que han de- Y finalmente la Lignina, sustancia sarrollado materiales y productos química difícil de degradar, cuya en base al micelio de un hongo y función es dar rigidez y brindar subproductos agrícolas protección contra el ataque de los microorganismos. 2.4 Empresas que usan el mi- La manera en cómo se descom- celio de un hongo como aglo- pone la madera no depende del merante para el desarrollo de tipo de árbol, sino de varios facto- productos res de los cuales el tipo de hongo implicado es uno de los más im- 2.4.1 Ecovative 30 portantes, existen tres tipos de descomposición de la madera. Empresa Estadounidense que Imagen 6. Curso de introductorio de micología, Hongos de podredumbre parda: desarrolla materiales a partir de Parque Altos de Cantillana. Elaboración propia Se alimentan de celulosa y hemi- subproductos agrícolas y el mi- celulosa, dejando la lignina casi celio de un hongo. Principalmente intacta. Son los causantes del co- lo desarrolla como un reemplazo a lor pardo de la madera; de ahí su la espuma de poliestireno expan- nombre. dido en el embalaje de productos. Hongos de podredumbre blanda: Son capaces de modificar la ligni- na y provocar un ablandamiento de la madera. Hongos de podredumbre blan- ca: Los cuales se alimentan de la lignina que deja la madera con un tono blanquecino; es decir, del co- lor de la celulosa. Por esta razón se decide trabajar con hongos descomponedores de madera, ya que estos hongos son capaces de descomponer un sus- Imagen 9. Packaging a base de micelio de Imagen 8. Curso de introductorio de micología, trato y aglutinarlo con su micelio, un hongo y subproducto del maíz. Fuente Parque Altos de Cantillana. Elaboración propia y de esta manera es posible desa- Ecovative
31 31 Imagen 7. Curso de introductorio de micología, Parque Altos de Cantillana. Elaboración propia
2.4.2 Philip Ross agrícola y frutícola con el micelio de un hongo. Estos subproductos Artista e inventor, cuya investiga- agrícolas y frutícolas son de ori- ción se centra en tecnologías del gen local, lo que ahorra en costos diseño y fabricación de materia- de transporte y reduce los dese- les biobasados. Fabrico instalacio- chos que genera la industria. En nes artísticas y mobiliario a base el siguiente subtema veremos en de micelio y subproductos agrí- mayor amplitud cuanto volumen colas, que presentó en diferentes de desechos se generan y como es- museos de arte contemporáneo. tos se manejan. Además es cofundador de la em- presa Micoworks donde investiga si este tipo de materiales es una posibilidad de material para la fa- bricación de productos. The Growing Lab 2.4.3 Maurizio Monalti, Diseñador In- dustrial de la Oficina Corpuscoli está a cargo del laboratorio ‘The Growing Lab’, proyecto de inves- 32 32 tigación que explora la aplicación de micelio para una variedad de diferentes objetos. Se desarrolla- ron de manera exploratoria vasos, contenedores y jarrones. La expo- sición tuvo por nombre ‘El futuro del plástico’, y fue presentada en la fundación PLART en Italia. En esta investigación se plantea desarrollar un material que com- bine los desechos de la industria Arriba: Imagen 13. Ejercicios exploratorios en base al micelio de un hongo, Maurizio Montalti. Fuente Officina Corpuscoli Medio: Imagen 10. Instalación en base a micelio de hongo, en el Museo de Arte Contemporáneo de Nueva York, por Philip Ross. Fuente Mycoworks Izquierda: Imagen 11. Mobiliario en base a mi- celio de hongo en el museo de Arte Contempo- ráneo de Nueva York, por Philip Ross. Fuente Mycoworks
2.5 Subproductos Agrícolas y 2.5.1 Rastrojos de cereales por el aumento de la productivi- Frutícolas dad. Esto ha hecho más complejo En Chile (ODEPA, 2016), la produc- el manejo de éstos, en especial al La industria agrícola genera una ción de cereales está concentrada referirnos a los cereales, puesto gran cantidad de residuos. Se- en las regiones del Biobío y de la que son los cultivos que más re- gún informó CONAF (Ruiz, 2015) Araucanía, que reúnen el 75% de siduos de cosecha dejan sobre la sólo en la Región Metropolitana la producción. El total país (pe- superficie del suelo y son de difícil se quemaron 2.501 hectáreas de ríodo 2015/2016) alcanzó aproxi- degradación. desechos en el período 2013-2014. madamente 566 mil hectáreas, El rastrojo (ODEPA, 2016) es el Estos residuos, crean un problema de las cuales un 50% corresponde conjunto de restos de tallos y ho- para la actividad que los genera a trigo, un 18% a maíz y un 20% a jas que quedan en el terreno tras como para el medio ambiente (Ta- avena y un resto de cereales que cortar un cultivo, constituyen ladriz 2012) y el final de la cadena tienen participaciones inferiores entre un 55% y un 75% de toda la de producción no está resuelto. Es al 5%. biomasa aérea del cultivo (CONAF, más económico desecharlos que En las últimas décadas (Taladriz 2010). La cantidad de residuos que aprovechar de una manera más 2012), ha existido un constante y pueden quedar en el suelo des- eficiente estos residuos, dándole significativo aumento en la pro- pués de la cosecha depende del un nuevo uso en otra industria. ducción de cereales en el mundo, tipo de cultivo, su Índice de Cose- Desde esta parte de la investiga- y Chile no es la excepción. Esto se cha (IC) y de su rendimiento. ción nombraremos a los residuos debe al mejoramiento genético, Los rastrojos sobre el suelo se agrícolas y frutícolas subproduc- investigación agronómica, nue- descomponen lentamente, a una tos, ya que como su definición lo vas tecnologías de producción y velocidad que está determinada indica un subproducto “es el resi- aplicación intensiva de fertilizan- principalmente por tres factores, 35 duo de un proceso que se le puede tes y agroquímicos, entre otros. humedad del rastrojo, tempera- sacar una segunda utilidad” (FAO, Este aumento de la producción tura y su relación carbono/nitró- 2016). No es un desecho porque no de cereales (ver figura 5) ha incre- geno (C/N). A menor relación C/N se elimina sino más bien se usa mentado la cantidad de rastrojos mayor es la tasa de descomposi- para otro proceso de la misma in- dustria o de otra. Es ventajoso encontrar una uti- lidad para los desechos y conver- tirlos en subproductos aprovecha- bles de algún modo. Así, en vez de pagar el costo de eliminar el dese- cho, se creza la posibilidad de ob- tener un beneficio. Además está la ventaja ambiental de reducir o eliminar los residuos que en otro caso recibiría el entorno, la comu- nidad y el medio ambiente. En esta investigación se usaron dos tipos de subproductos: Agrí- colas y Frutícolas, rastrojos de ce- reales y cáscaras de frutos secos, respectivamente. Imagen 14. Campo con rastrojos de Cebada. Fuente wikimedia.org, License Public Domain
Producción Histórica de maiz y trigo, principales cereales cultivados en Chile 2,0 Trigo Maiz Millones de toneladas 1,5 1,0 09/10 10/11 11/12 12/13 13/14 14/15 15/16 Figura 5. Producción Histórica de maíz y trigo, principales cereales cultivados en Chile. Fuente ODEPA. Ministerio de Agri- cultura. Chile. Elaboración Propia. 34 Producción de rastrojos en base a los cultivos históricos de Cerales en Chile Trigo Maiz 1000 Miles de toneladas 800 600 400 09/10 10/11 11/12 12/13 13/14 14/15 15/16 Figura 6. Producción de rastrojos en base a los cultivos históricos de Cereales en Chile. Fuente ODEPA. Ministerio de Agricultura. Chile. Elaboración propia.
ción. Debido a la alta relación de C/N en los rastrojos de cereales y a los altos volúmenes de produc- ción, sus rastrojos son los de ma- yor dificultad de descomposición (Ruiz 2015). Es decir, si en el período 2015/2016 se cosecharon 3.9 mi- llones de toneladas de cereales (ODEPA, 2016), los rastrojos de es- tos corresponden a 2.1 millones de toneladas de rastrojos si usamos Imagen 15. Quema de rastrojos de cereales en la Región del Bío-Bío. Fuente CONAF el límite de inferior del 55% (ver figura 6). La quema de rastrojos es una práctica habitual en el territorio nacional. Se estima que entre el 80% y el 90% de la superficie con rastrojos de trigo de las regiones del Biobío y de la Araucanía es manejada con quema, es decir, cerca de 170 mil hectáreas, mien- tras que a nivel nacional esa ci- 35 fra asciende a 228 mil hectáreas quemadas (ODEPA 2016). Existen razones económicas y simplis- tas para seguir perpetuando esta práctica como es su facilidad de ejecución, falta de alternativa, bajo costo aparente, poco conoci- miento de alternativas, elimina- ción de insectos y malezas, etc. Sin embargo cuando el rastrojo no se quema y se deja en el suelo presenta una serie de beneficios como, una mejor infiltración de las aguas lluvias, evita la erosión del suelo por causa del Sol, retar- Imagen 16. Quema de rastrojos de cereales da la germinación de las malezas, en la Región del Bío Bío. Fuente CONAF evita la acción erosiva del viento en estaciones secas, mejora el am- biente para el desarrollo de la mi- crofauna del suelo, además incre- menta la retención de humedad y por más tiempo.
Encontramos consecuencias ne- gativas para el agricultor, sus futuras cosechas, y el medio am- biente en la quema de rastrojos. Sin embargo el factor económi- co, la poca innovación del sector agrícola, y el poco conocimiento de los agricultores hacen que la solución mas rápida y económica sea el quemarlos. Además la le- gislación vigente en nuestro país permite las quemas controladas (Ministerio de Agricultura 1980), sin embargo no sabemos cuántas hectáreas y toneladas de rastrojos Imagen 17. Rastrojo de trigo en la región se queman de manera ilegal. del Bío-Bío. Fuente CONAF Podemos concluir que existe la real posibilidad de utilizar es- tos subproductos agrícolas como materia prima para el desarrollo tivas y competitivas a diferencia de un nuevo material biobasado, de otros productores mundiales. pensando que existe el interés de Estas ventajas tiene relación con 36 los agricultores por deshacerse de el buen clima del país, con otoños manera rápida y económica de generalmente secos (época de co- estos rastrojos, que en nuestra in- secha de los frutos secos), y terre- vestigación son nuestra materia nos planos de cultivo que permi- prima. ten mecanizar de mejor manera En esta investigación se usaron el proceso productivo y facilitan dos tipos de rastrojos de cereales, el riego de los campos. Alfalfa y Trigo. El rastrojo de Alfal- Los principales competidores fa fue conseguido en el mercado están en el hemisferio norte, por local de mascotas y el de Trigo fue ende nuestra producción al ser donado por un productor de la co- contra estación, tiene ventajas muna de Paine en la Zona Sur de desde el punto de vista de la co- la Región Metropolitana. mercialización de la producción, además de preferencias arancela- 2.5.2 Frutos secos rias en los principales mercados a Imagen 18. Rastrojos de Alfalfa, mezclados con residuos agrícolas. License Public Do- los que va, así como alianzas pú- main La industria nacional de frutos blico-privadas que permiten ac- secos está conformada por tres ceder a nuevos mercados (Bravo principales especies; nueces, al- 2010). mendras y avellanas (Bravo 2012). Aparte de las ventajas produc- Esta industria ha tenido un desa- tivas, los frutos secos han sido rrollo importante a partir de la se- destacados en los últimos años gunda parte de la década pasada, por organismos de salud como a partir de sus ventajas compara- productos saludables, lo cual ha
incrementado su consumo nacio- El potente crecimiento de la in- creó la Chilean Walnut Commis- nal y mundial, abriendo nuevos dustria de la nuez así como un sion (2009) que reúne a los proce- mercados y clientes. mayor perfeccionamiento de los sadores y exportadores de nueces En esta investigación se selec- cultivos, el riego, la cosecha, y la de Chile, esta asociación tiene por cionó la cáscara de la nuez como exportación ha sido impulsado objetivo promocionar a nivel in- subproducto de la industria frutí- tanto por el sector público y priva- ternacional la nuez, además de cola a investigar, dada su facilidad do. El sector privado que permitió generar nuevos mercados, que para obtenerla y también por ser un mejor desarrollo de esta indus- esta información esté disponible uno de los frutos con mayor pro- tria y que unió a productores es para los productores, establecer ducción nacional. Chilenut (2002), que es la asocia- estándares para la producción, es ción de productores y exportado- decir, optimizar la industria de 2.5.2.1 La industria de la nuez res de nueces de Chile. Chilenut nueces chilenas a nivel nacional e tiene por objetivo reforzar cono- internacional. El crecimiento productivo, y el cimientos técnicos de la industria El nogal es el mayor fruto seco aumento de superficie planta- a través de seminarios, talleres, que se cultiva en el país, con cerca da, para los frutos de nuez en los cursos, actividades en terreno, pu- de 29 mil hectáreas (ODEPA 2016), próximos años va a requerir la blicaciones e informes, traspasar sólo en la región metropolitana se apertura a nuevos mercados ex- la información del mercado entre cultivan cerca de 11 mil hectáreas, tranjeros ya que más del 90% de los productores y exportadores y es decir el 38% del cultivo nacional la producción está destinada a es- promocionar el fruto en merca- se da en esta región. (ver figura 7) tos mercados (Bravo 2012). dos extranjeros. Paralelamente se 37 Cultivos de nogal en el territorio nacional 12000 10000 8000 Miles de hectáreas 6000 4000 2000 0 Atacama Coquimbo Valparaíso Metropolitana O´Higgins Maule Bío-bío La Araucanía Los Ríos Los Lagos Figura 7. Cultivos de nogal en el territorio nacional. Fuente ODEPA. Ministerio de Agricultura. Chile.Elaboración Propia
Así también el crecimiento de que existe una gran cantidad de ubicados en la comuna de Paine los cultivos ha ido siempre en au- producción de nueces y por ende ubicada en la Provincia del Maipo mento y las proyecciones indican sus residuos son bastante altos, de la Región Metropolitana pasan que seguirá creciendo. Si en el ya que muchas de estas nueces se su producción de nueces con cas- año 2009 se cultivaron 12.549 hec- comercializan sin cáscara (ODEPA cara a vecinos de los predios para táreas esa cifra se duplica el año 2014) (ver figura 10). Lo que genera que ellos partan manualmente 2015 con una superficie aproxi- un residuo no menor, que la in- las nueces y separan la cáscara mada de 27.941 hectáreas a nivel dustria frutícola no se hace cargo. del fruto. Este trabajo se les paga nacional (ODEPA 2016), (ver figura La nuez con cáscara tiene un valor por kilo de nuez sin cáscara, los 8). menor de venta que la nuez sin vecinos tienen alrededor de 8 me- En este sentido la Región Me- cascara, sin embargo para produc- ses de trabajo, desde los meses de tropolitana es la que ha aumen- tores pequeños tecnificar estos Marzo y Abril que comienza la tado el cultivo de nogales, en el procesos no es posible debido a la cosecha, hasta mediados de No- 2010 el cultivo corresponde 7.896 alta inversión monetaria. El pro- viembre y Diciembre. hectáreas y el año 2015 a 10.948 ceso comienza con una máquina hectáreas, se ha incrementado un que parte la nuez, y después un 38% su cultivo (CIREN 2013). Así segundo proceso donde otra má- también la distribución por pro- quina separa la cáscara del fruto, vincias varía como vemos en el por ende muchos productores pre- siguiente gráfico (ver figura 9). fieren vender la nuez con cáscara. De esta manera podemos ver Algunos productores, como los 38 Cultivo histórico nogal 30000 25000 Miles de hectáreas 20000 15000 10000 5000 0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Figura 8. Cultivo Histórico del Nogal. Fuente ODEPA. Ministerio de Agricultura. Chile. Elaboración Propia
Cultivo nogal en las provincias de la Región Metropolitana % Distribución Chacabuco 13% Talagante 12% Cordillera 4% Stgo 2% Melipilla 37% Maipo 32% Figura 9. Cultivo del Nogal en las Provin- cias de la R. M. Fuente ODEPA. Ministerio de Agricultura. Chile. Elaboración Propia Figura 5. Elaboración Propia, Fuente ODEPA 39 Ventas históricas nueces con cáscara y sin cáscara Ventas año 2009 Ventas año 2013 15 20 28 millones USD 81,3 millones USD 12 56 millones USD 15 165,4 millones USD 9 Tonelada Tonelada 10 6 5 3 0 0 Nueces con cáscara Nueces sin cáscara Nueces con cáscara Nueces sin cáscara Figura 6. Elaboración Propia, Fuente ODEPA Figura 10. Ventas históricas de nueces con cáscara y sin cáscara. Fuente ODEPA. ELaboración Propia.
El uso de estos desechos para pro- ductores más pequeños no está resuelto, muchas de estas cásca- ras la usan como calefacción para chimeneas, para uso decorativo en jardines o simplemente se bo- tan. Podemos concluir que es un pro- blema la gran cantidad de dese- chos frutícolas que genera la in- dustria de la nuez, sin embargo es una oportunidad para esta inves- tigación utilizar estos desechos como materia prima para la con- formación de nuestro material. Imagen 19. Saco con cáscaras de nuez para realizar las experimentaciones. Elaboración Propia 40 Abajo: Imagen 20. Cáscaras de Nuez acumuladas por vecinos que trabajan separando el fruto de la cáscara de nueces en la Comuna de Paine, en la Región Metropolitana. Elaboración propia.
Imagen. Trametes Versicolor Autor P. Klincksieck Atlas des champignons comestibles et vénéneux, Paris (1891). License Public Domain
Capítulo 3_ Experimentación
Capítulo 3_ Experimentación 3.1 Experimentación En este capítulo se describe la par- también evitar ciertos procesos te experimental del proyecto. Se que contaminaban las muestras presenta el proceso de composi- y detenían el proceso del creci- ción del material biobasado, que miento del micelio. está conformado por el micelio Se trabajó en el Centro de Inno- de un hongo y subproductos agrí- vación de la Universidad Católi- colas y frutícolas. Finalmente se ca, ubicado en la Facultad de San presentan los métodos utilizados Joaquín y se montó un laboratorio para poner a prueba las muestras. de baja complejidad en las depen- Desde este punto se identifica al dencias del investigador. material biobasado como mate- A continuación se presenta un rial micelio y al subproducto agrí- cuadro resumen de los objetivos cola y frutícola como sustrato. Un y las actividades que permitieron material micelio está compuesto desarrollar la fase experimental por dos elementos, el micelio del de esta investigación hongo y el sustrato. En este capí- tulo identificamos y categoriza- mos tanto a los tipos de hongos, como a los sustratos que usamos en las muestras experimentales. 44 Con el fin de establecer un méto- do para la conformación del mate- rial micelio, se utilizaron técnicas del cultivo de hongos comestibles, además de emular técnicas de la conformación de este material declaradas por diferentes investi- gadores, pero que no son de cono- cimiento público por estar paten- tadas, por lo mismo se generó un nuevo método para la generación de este material micelio. Se realizaron cuatro experimen- taciones, más una experimenta- ción anexa debido a la participa- ción en el workshop Bio Design organizado por la Universidad Católica. Cada una de las experimenta- ciones entregaron datos de cómo mejorar el proceso para la fabrica- ción del material micelio así como
Objetivo General Desarrollar y caracterizar un nuevo material biobasado compuesto de micelio de un hongo y subproductos de la industria agrícola y frutícola para su posible uso en áreas del diseño Determinar en Desarrollar un Caracterizar y evaluar Proponer aplicaciones laboratorio el material biobasado en las propiedades del material procedimiento para el el micelio de un hongo mecánicas y físicas del desarrollado en áreas cultivo hongos. y subproductos de la material compuesto y el diseño Diferentes métdos y industria agrícola de biodegradabilidad aplicaciones Actividades 45
3.2 Justificación 3.2.1 Tipo de sustrato seleccio- 3.2.2 Tipos de hongo seleccio- rio Biomicelios (2016), que vende nado nado el hongo inoculado en semillas de trigo, lo que permitió tener una A partir de la revisión bibliográfi- Los hongos seleccionados son de cepa más estéril y segura, esto ca que indica cuales son los tipos la división basidiomicetos del Rei- facilitó poder inocular el hongo de subproductos que más genera no Fungí, y se escogieron dos tipos en el laboratorio de baja comple- la industria agrícola y frutícola de esta clase. Pleurotus Ostreatus, jidad. se escogen dos tipos de sustratos, cultivado como hongo comestible, rastrojos de cereales y cáscaras de y Trametes Versicolor el cual se 3.3 Experimentaciones frutos secos. cultiva y se usa con fines medici- De esta manera se seleccionan nales. En este subtema se presentan las los rastrojos de alfalfa y la cáscara Para poder desarrollar un ma- cuatro experimentaciones, más de nuez. Se selecciona el rastro- terial con un micelio denso, que una anexa, realizadas para desa- jo de alfalfa por sobre el de trigo crezca rápidamente (Lelivelt 2015) rrollar el material micelio. Cada (siendo el del trigo el que más y que sea relativamente fácil de una de las diferentes experimen- residuos genera) por su facilidad cultivar (France 2000) se consultó taciones nos dio pautas para fa- para adquirirlo. Como esta inves- a expertos, se revisó bibliografía bricar de mejor manera el mate- tigación se llevó a cabo post-cose- de cultivo de hongos, y fuentes de rial. Se iban añadiendo nuevos cha del trigo fue difícil encontrar investigación relacionada al de- procesos en las sucesivas experi- el rastrojo de este. sarrollo de material micelio. Por mentaciones así como también se Dentro de los frutos secos se se- ejemplo el micelio del Pleurotus quitaban métodos que entorpe- leccionó la cáscara de nuez. Según Ostreatus crece en condiciones cían o contaminaban el material. 46 Además se seleccionó un tipo de lo mencionado en el capítulo dos relativamente simples, mientras el criterio para seleccionar la cas- que su seta es más difícil de cul- hongo y un tipo de sustrato para cara de nuez es que su uso post-co- tivar si no contamos con equipo desarrollar las aplicaciones de- secha es casi nulo. Comunidades especial y conocimiento de espe- mostrativas. aledañas a los cultivos de nogales cíficos. Así también el micelio del dedican gran parte del año a ‘par- Trametes Versicolor crece en con- tir’ la nuez, separar la semilla (fru- diciones similares al del Pleurotus to) de la cáscara. Esto genera una sumándole que otorga un micelio gran acumulación de cascaras de denso, que crece rápido y en con- nuez que las utilizan en calefac- diciones fáciles de replicar. ción por chimenea, o simplemen- Las dos cepas de hongos fueron te se desecha a la basura. adquiridas a través del Laborato-
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