0,00 HUF

Nincsenek termékek a kosárban.

2024. március 28.

Újszerű anyagok biomasszából

A Föld szén- és kőolajkészlete véges, helyettesítésükre viszont kimeríthetetlen lehetőséget kínál a növényi hulladék hasznosítása. A Hohenheim Egyetemen a bioökonómiai kutatások kiemelt támogatást kaptak, számolt be a Taspo.

Idén a tudományos kutatások egyik hangsúlyos területe a bioökonómia, azaz a biomassza alapú gazdaság. A cél a természetes anyagok és erőforrások fenntartható és innovatív felhasználása, ezáltal a fosszilis és ásványi nyersanyagok helyettesítése, a környezetbarát termelés. Ezekre egyre nagyobb szükségünk lesz az éghajlatváltozás, a népesség növekedése és a fajok számának drasztikus csökkenése miatt.

Félmillió eurós támogatás

A bioökonómia az egyik fő témája a stuttgarti Hohenheim Egyetemen folyó oktatásnak és kutatásnak, amely a helyi agrártudományi, természettudományi, valamint gazdaság- és társadalomtudományi karok szoros együttműködésében valósul meg. Az Európai Unió által finanszírozott GreenCarbon projektben új tudományos és technológiai ismeretek megszerzése a cél az újszerű alapanyagok felhasználásához. A megújuló nyersanyagok átalakításának technológiáját vizsgáló csapat Andrea Kruse professzor vezetésével már 2016 óta részt vesz nemzetközi, több szakterületet érintő kutatásokban. A fő irányvonalat a növényi biomasszából kinyerhető anyagok kutatása képviseli, amelyhez a Hohenheim Egyetem 500 ezer eurós támogatást kapott.

Az ötlet lenyűgöző: a következő években fokozatosan megújuló erőforrások helyettesíthetik a szenet és az olajat, azaz a műanyagok, festékek alapanyagait. Ehhez mindenekelőtt az kell, hogy ezek az erőforrások könnyen szintetizálhatók és olcsók legyenek.

A megújuló nyersanyagokból előállított szénszármazékok, mint például a növényi biomasszából származó anyagok ideálisak lehetnek minden szempontból.

Növényi hulladékból

Bonyolult karbonizációs folyamatok révén a biomassza sokféle formája átalakítható szén jellegű anyagokká, magyarázta a professzor. A legfeljebb 10 százalékos víztartalmú, száraz biomassza, például a széna, a fa vagy a szalma esetében pirolízist lehet alkalmazni, amelyben a kiindulási anyag az oxigén elvonásával, magas hőmérsékleten elszenesedik, hasonlóan ahhoz, mint amikor a fa elég a faszénégetőben.

Ezzel szemben a nedves, 80-90 százalék víztartalmú biomasszát az úgynevezett hidrotermális karbonizáció (HTC) eljárással alakítják át széntartalmú szilárd anyaggá. 180 és 250 °C közötti hőmérsékleten, kissé megnövelt nyomás alatt hasonló folyamat játszódik le, mint egy kuktában. A kémiai folyamatok során a szén nanoszerkezetűvé alakul át, amitől érdekes technológiai tulajdonságokkal rendelkezik. Az ilyen szénhidrogének felhasználhatók például aktív szén formájában levegőtisztításhoz, gáz vagy (szenny)víz tisztításához, hidrogéntároló közegként, elektródák anyagaiként elemekben, akkumulátorokban vagy például szuperkondenzátorokban, amelyek az elektromos autók gyártásához szükségesek.

Nem verseng az élelmiszeriparral

Azért, hogy ne versenyezzenek az élelmiszeriparral a kiindulási anyagokért, a kutatócsapat azokat a nyersanyagokat részesíti előnyben, amelyek melléktermékként vagy hulladékként keletkeznek a mezőgazdaságban és az élelmiszergyártásban, így egyebek közt szóba jöhet a növényi lomb, a szalma vagy az erjedési maradványok biogáz­üzem­ek­ből. A mezőgazdasági hulladék tehát remekül felhasználható és egyúttal új, kiváló minőségű termékek gyártására is alkalmas. A kutatásokhoz jelenleg elsősorban a sörgyártásból származó, magas fehérjetartalmú sörmaláta maradványait használják fel. A HTC során a fehérje nitrogénje beépül a szénszerkezetbe, így bizonyos körülmények között a már piacon lévőktől még jobb anyagok nyerhetők belőle. Ezeket az anyagokat energiatárolóként, szuperakkumulátorokként használják fel.

Megfelelő eljárás a megfelelő termékhez

A szénhidrogének eltérő tulajdonságai ugyanakkor megkövetelik, hogy mindig a megfelelő eljárást alkalmazzák. Például, ha tüzelőanyag gyártása a cél, akkor a hamu- és nitrogéntartalomnak a lehető legkisebbnek kell lennie, míg ha műtrágyát szeretnének készíteni, akkor a magas ásványianyag- és nitrogéntartalom kívánatos. Mindeddig azonban nem ismerik pontosan az eljárások kémiai folyamatát és azoknak a termék tulajdonságaira gyakorolt hatását, ezért is nehéz, már-már lehetetlen az előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok célzott előállítása.

A kutatás során ezért nemcsak azt vizsgálják, hogy mi és milyen mértékben befolyásolja a végeredményt, hanem kidolgoztak egy új kaszkádos HTC folyamatot az azt követő pirolízissel. Nem pusztán alapkutatást végeznek, mert minden vizsgálatnál az a hosszú távú cél, hogy a laboratóriumi folyamatokat ipari méretekben is alkalmazni tudják.

Eddig számos laboratóriumi és üzemi kísérleten vannak túl a Hohenheim­ben és a Leunában található Fraunhofer vegyi-biotechnológiai folyamatok központjában annak érdekében, hogy meghatározzák a legmegfelelőbb működési feltételeket.

Különösen a HTC-nél vált világossá, hogy a folyamat úgy irányítható, hogy a felhasznált biomassza gyakorlatilag nincs hatással a végtermékre. A kutatók szerint a kiindulási anyagtól függetlenül a HTC folyamata mindig hasonlóan ment végbe. Ezért a módszer nem korlátozódik egyetlen forrásra, hanem sokféle különböző kiindulási anyagot lehet hozzá használni. Még jobb eredményeket érnek el, ha a szénhidrogént ezt követően pirolízisnek vetik alá.

A GreenCarbon projekt második fő célkitűzése a doktori iskola hallgatóinak képzése. Eddig két doktorandusz összesen tizenkét publikációját felügyelte a témában Andrea Kruse.

A GreenCarbon projekt

A GreenCarbon nemzetközi kutatóhálózat alapvetően azt vizsgálja, hogy miként készíthetők korszerű, innovatív anyagok szerves hulladékból. A Zaragozai Egyetem vezetésével nyolc kutatóintézet és hét ipari partner együttműködésével vizsgálják a széntartalmú anyagok gyártásának minden szempontját, a nyersanyagtól a feldolgozáson keresztül a lehetséges felhasználásig. A kapott eredményekre és a kidolgozott technológiákra alapozva abban bíznak, hogy lehetővé válik a szén alapú kereskedelmi termékek nagyüzemi fejlesztése, amelyeket aztán energiatárolóként, például talajjavítóként tudnak felhasználni. Egy speciális képzési program egyidejűleg 14 doktori hallgatót támogat.

Forrás: Kertészet és Szőlészet