A cél a nem lebomló, kőolajból előállított anyagok kiváltása. Lehetséges alkalmazási területek: környezetbarát elektronika, energiatárolás, fenntartható csomagolás, intelligens textíliák stb. A Houstoni Egyetem kifejlesztett egy lehetséges műanyag-helyettesítőt.
Továbbfejlesztett baktériumcellulóz ellenálló és környezetbarát mindennapi használati anyagokhoz
A súlyos globális műanyaghulladék-problémára reagálva Maksud Rahman, a Houstoni Egyetem adjunktusa új módszert fejlesztett ki a baktériumcellulóz előállítására, amelynek mechanikai és funkcionális tulajdonságai jelentősen javultak. Ez a módosított cellulóz valódi potenciállal rendelkezik a műanyagok helyettesítésére a mindennapi élet számos területén, a csomagolástól a textiliparig és az elektronikai eszközökig.
Mi az a bakteriális cellulóz?
A bakteriális cellulóz egy természetes, biológiailag lebontható és biokompatibilis biopolimer, amelyet olyan baktériumok termelnek, mint a Komagataeibacter xylinus. A műanyaggal ellentétben nem kőolajból származik, és nem termel tartós hulladékot a környezetben.
Mechanikai gyengesége és korlátozott funkcionalitása azonban eddig megakadályozta tömeges használatát… egészen mostanáig.
Technológiai innováció: nanofiberek rotációs áramlással történő igazítása
Rahman csapata bevezette a rotációs tenyésztési rendszert, amelyben a cellulózt termelő baktériumokat egy folyamatosan forgó, oxigénnel telített hengerben tenyésztik. A forgás irányított folyadékáramlást hoz létre, ami a baktériumokat rendezett mozgásra kényszeríti.
Az eredmény?
Nanofibrillákkal rendelkező cellulózszerkezet, amely jelentősen javítja a szilárdságot, rugalmasságot és mechanikai stabilitást.
Erősítés nanomaterálokkal: bór-nitrid
Hogy még egy lépéssel tovább menjenek, a kutatók bór-nitrid nanoszálakat adtak a tenyésztőközeghez. Az eredmény egy hibrid anyag lett, amelynek jellemzői:
- 553 MPa szakítószilárdság.
- Optikai átlátszóság.
- Hosszú távú mechanikai stabilitás.
- Háromszor hatékonyabb hőelvezetés, mint a módosítatlan cellulóz.
Ezek a tulajdonságok lehetőséget nyújtanak hőkezelés, szerkezeti anyagok, környezetbarát elektronika, műszaki textíliák és más területeken való alkalmazásra.
Egyszerű, méretezhető és fenntartható folyamat
Rahman megközelítésének egyik legnagyobb előnye a méretezhetőség. Ez egy egyszeri biotechnológiai folyamat, amely nem igényel mérgező vegyszereket vagy extrém körülményeket.
A rendszer lehetővé teszi az anyag tulajdonságainak módosítását a tenyésztési feltételek vagy a hozzáadott nanomaterálok változtatásával. Más szavakkal, a végtermék a kívánt alkalmazásnak megfelelően testreszabható.
A technológia potenciálja
Ez az előrelépés közvetlen hatással van a műanyagok elleni küzdelemre. Természetes eredete, biológiai lebonthatósága és magas teljesítménye révén a továbbfejlesztett baktériumcellulóz helyettesítheti a szintetikus polimereket olyan kulcsfontosságú ágazatokban, mint
- biológiailag lebontható élelmiszer-, ital- és fogyasztási cikkek csomagolása.
- fenntartható textíliák műszaki tulajdonságokkal.
- környezetbarát elektronika jobb hőkezeléssel.
- orvosi anyagok, például biológiailag lebontható kötszerek vagy kötések.
- Akkumulátorok és energiatároló eszközök alkatrészei.
Ezenkívül a folyamat alacsony energiafogyasztású, nem függ fosszilis erőforrásoktól, és baktériumtenyészeteken alapul, amelyek környezetkárosítás nélkül növelhetők.
Ez a fejlesztés nemcsak az anyagok tudományában jelent mérföldkövet, hanem valódi eszközzé válhat a műanyagokkal való kapcsolatunk átalakításában és a valóban körforgásos, fenntartható gazdaság felé történő elmozdulásban.
