Pivovarské mláto môže poslúžiť na výrobu ľahkého pórovitého materiálu s vynikajúcimi tepelnoizolačnými vlastnosťami.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Vedci zo švajčiarskeho Federálneho ústavu pre materiálové vedy a technológiu (EMPA) vytvorili z pivovarského odpadu nanocelulózu, ktorú následne spracovali na aerogél. Materiál by sa mohol uplatniť v potravinárskom priemysle ako obal na potraviny.
Pivovarské mláto, vedľajší produkt pri výrobe piva, zvyčajne končí ako krmivo pre zvieratá alebo na kompostovisku. Podľa výskumníkov z laboratória celulózy a drevných materiálov inštitútu Empa pod vedením Gustava Nyströma má však skrytý potenciál.
Surovina na výrobu nanocelulózy
Vedci okolo Nyströma vyvinuli proces na výrobu vysokokvalitnej nanocelulózy z pivovarského odpadu. Ide o univerzálnu, biologicky rozložiteľnú surovinu, ktorá by sa dala spracovať na obaly alebo plasty vystužené vláknami (Fiber Reinforced Plastics). Výsledky výskumu publikovali v časopise ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
Prvá autorka štúdie Nadia Ahmadi Heidariová, doktorandka na Isfahan University of Technology, sa zaoberá výrobou biologicky odbúrateľných obalových materiálov vyrobených z odpadu, čo je aj ťažiskovou témou laboratória celulózy a drevných materiálov inštitútu Empa. Podľa Gustava Nyströma sa v laboratóriu sústreďujú na vývoj „nových zdrojov cenných surovín, ako sú celulózové vlákna a lignín“.
Výrobky z mikro- a nanofibrilovanej celulózy sa v súčasnosti vyrábajú z drevnej buničiny. Drevo je však cenné a oveľa efektívnejšie sa dá využiť inde. „Drevo veľmi dobre viaže CO2 z atmosféry, stromy však rastú pomaly,“ vysvetľuje Nyström. Podľa neho by sa preto malo využívať tam, kde sa očakáva jeho dlhodobejší úžitok, napríklad v stavebníctve alebo na výrobu nábytku.
Odpad s potenciálom
Oveľa rýchlejšie rastúce jednoročné rastliny môžu byť rovnako kvalitným zdrojom surovín, doteraz sa však na tento účel takmer nevyužívali. „Vďaka nášmu postupu môžeme získať vysokokvalitné materiály z odpadového produktu, ktorý je k dispozícii za výhodnú cenu a vo veľkom množstve, a dnes sa ním zväčša plytvá,“ dodal Gilberto Siqueira, výskumný pracovník spoločnosti Empa a spoluautor štúdie. Táto alternatíva by bola podľa vedcov výhodná aj pre malé podniky. Môžu tak vyťažiť maximum zo surovín, ktoré už používajú.
Ľahký pórovitý materiál
Pivovarské mláto, ktoré výskumníci použili na svoj experiment, pochádza z malého miestneho pivovaru v Dübendorfe. Vedci z neho získali nanocelulózové vlákna a lyofilizáciou ich spracovali na aerogél.
Aerogél
Priehľadná tuhá látka tvorená sieťou dispergovaných čiastočiek s rovnomerne rozptýlenými pórmi koloidných rozmerov zaplnenými plynnou fázou. Vlastnosti aerogélov súvisia s ich štruktúrou. Aerogély sa vyznačujú nízkou hustotou a majú najnižšiu tepelnú vodivosť, relatívnu permitivitu, rýchlosť šírenia zvuku, ako aj najnižší index lomu zo všetkých známych tuhých látok. Organické aerogély sa získavajú polykondenzáciou a riadeným rozkladom tepelne labilných zlúčenín.
Výsledný aerogél je vďaka svojej pórovitej štruktúre ľahký a má vysoké tepelnoizolačné vlastnosti. Zdroj: Empa
Výsledkom je vzdušný materiál s veľkým množstvom pórov, vďaka čomu má vynikajúce tepelnoizolačné vlastnosti. Aerogély sa vyrábajú z rôznych materiálov – známe sú najmä silikátové aerogély, ktoré sa používajú v stavebníctve. Medzi ďalšie výhody aerogélov na báze nanocelulózy patrí aj to, že pochádzajú z obnoviteľných zdrojov a sú biologicky odbúrateľné. Použité majú byť na výrobu obalov potravín háklivých na teplotné výkyvy, napríklad mäsa.
Jednoduchý proces výroby
Vedci skúmali rôzne variácie jednotlivých výrobných krokov a ich vplyv na výsledný produkt, aby dokázali určiť celkový potenciál mláta na výrobu nanocelulózy.
Kvalita získaných nanocelulózových vlákien sa napríklad zlepšila bielením a oxidáciou východiskového materiálu. Rôznymi procesmi zmrazovania možno kontrolovať veľkosť a orientáciu pórov v aerogéli, čo následne ovplyvňuje jeho izolačné a mechanické vlastnosti.
Od mláta po aerogél. Zdroj: Empa
Aby sa mohol proces výroby nakoniec aj reálne využiť, musí byť presvedčivý nielen výsledný produkt. Dôležité je i to, aby bola výroba čo najjednoduchšia a najlacnejšie.
Z tohto dôvodu sa výskumníci taktiež zaujímajú o získavanie surovín z odpadových produktov. „V porovnaní s vedľajšími produktmi z poľnohospodárstva je drevo, ktoré sa dá využiť mnohými inými spôsobmi, drahým zdrojom celulózy,“ vysvetľuje Siqueira. V ďalších výskumných projektoch preto vedci skúmajú aj iné odpadové produkty z potravinárskeho priemyslu a lesníctva.
Zdroj: Empa, Ecyclopaedia Beliana
(zh)
