Cieľom je nahradiť nerozložiteľné materiály získané z ropy. Možné oblasti použitia: ekologická elektronika, skladovanie energie, ekologické obaly, inteligentné textilné výrobky atď.
- Baktérie produkujú biologicky rozložiteľnú celulózu.
- Nová technológia: kontrolované otáčanie na vyrovnanie vlákien.
- Pridávajú sa nanolisty nitridu bóru.
- Výsledok: pevný, pružný a priehľadný materiál.
- Potenciálna náhrada plastov, obalov, textilu, ekologických elektronických zariadení.
- Až 553 MPa pevnosti v ťahu.
- 3-krát lepší odvod tepla.
- Škálovateľná a ekologická technológia.
Univerzita v Houstone vyvíja možnú náhradu plastov
Vylepšená bakteriálna celulóza pre pevné a ekologické materiály každodenného použitia
V reakcii na závažný globálny problém znečistenia životného prostredňa plastmi vyvinul docent Univerzity v Houstone Maksud Rahman nový spôsob výroby bakteriálnej celulózy s výrazne zlepšenými mechanickými a funkčnými vlastnosťami. Táto modifikovaná celulóza má reálny potenciál nahradiť plast v rôznych každodenných aplikáciách, od obalov po textil a elektronické zariadenia.
Čo je bakteriálna celulóza?
Bakteriálna celulóza je prírodný biopolymér, biologicky rozložiteľný a biologicky kompatibilný, ktorý produkujú baktérie, ako napríklad Komagataeibacter xylinus. Na rozdiel od plastu sa nevyrába z ropy a nezanecháva trvalé odpady v životnom prostredí.
Jeho mechanická slabosť a obmedzená funkčnosť však doteraz bránili jeho masovému využívaniu.
Technologická inovácia: vyrovnávanie nanovlákien pomocou rotačného prúdu
Rachmanov tím zaviedol systém rotačnej kultivácie, v ktorom sa baktérie produkujúce celulózu kultivujú v neustále rotujúcom kyslíkovom valci. Toto otáčanie vytvára smerovaný prúd tekutiny, ktorý núti baktérie sa pohybovať usporiadane.
Výsledok?
Celulózová štruktúra s vyrovnanými nanovláknami, čo výrazne zlepšuje jej pevnosť, ohybnosť a mechanickú stabilitu.
Posilnenie pomocou nanomateriálov: nitrid bóru
Aby urobili ďalší krok vpred, výskumníci pridali do kultivačného prostredia nanolisty nitridu bóru. Výsledkom je hybridný materiál s týmito vlastnosťami:
- Pevnosť v ťahu až 553 MPa.
- Optická priehľadnosť.
- Trvanlivosť mechanických vlastností.
- Trojnásobne vyššia tepelná vodivosť ako u nemodifikovanej celulózy.
Tieto vlastnosti otvárajú možnosti použitia v tepelnej regulácii, konštrukčných materiáloch, ekologickej elektronike, technických textilných výrobkoch a ďalších oblastiach.
Jednoduchý, škálovateľný a udržateľný proces
Jednou z hlavných výhod Rahmanovho prístupu je jeho škálovateľnosť. Ide o jednostupňový biotechnologický proces, ktorý nevyžaduje toxické chemikálie ani extrémne podmienky.
Systém umožňuje regulovať vlastnosti materiálu zmenou kultivačných podmienok alebo pridaním nanomateriálov. Inými slovami, konečný produkt je možné prispôsobiť požadovanému použitiu.
Potenciál tejto technológie
Tento prelom má priamy vplyv na boj proti plastom. Vďaka svojmu prírodnému pôvodu, biologickej rozložiteľnosti a vysokej produktivite môže vylepšená bakteriálna celulóza nahradiť syntetické polyméry v kľúčových odvetviach:
- Biologicky rozložiteľné obaly na potraviny, nápoje a spotrebný tovar.
- Ekologické textilné výrobky s technickými vlastnosťami.
- Ekologická elektronika s vylepšenou tepelnou výmenou.
- Lekárske materiály, ako sú biologicky rozložiteľné obväzy a obväzový materiál.
- Komponenty pre batérie a zariadenia na ukladanie energie.
Okrem toho je tento proces energeticky efektívny, nezávislý od fosílnych zdrojov a založený na bakteriálnych kultúrach, ktoré je možné škálovať bez poškodenia životného prostredia.
Tento vývoj nie je len dôležitým míľnikom v materiálovom inžinierstve, ale môže sa stať skutočným nástrojom na zmenu nášho vzťahu k plastom a prechodu k skutočne cirkulárnej a udržateľnej ekonomike.
