Limonina lupina kot material za avtomobilske dele

Ko razmišljamo o avtomobilski industriji ali gradbeništvu, le redko pomislimo na limonino lupino, koruzni škrob in mandljeve lupine. Vendar inovativni postopki tudi v te panoge vnašajo nove surovine, ki so okolju prijazne in hkrati pripomorejo k zmanjševanju odpadkov – tako v kmetijstvu kot tudi plastičnih odpadkov.

V sklopu projekta Barbara so iz kmetijskih odpadkov razvili nove, zmogljive industrijske materiale, ki nakazujejo napredne inovacije v evropskem biogospodarstvu. Projekt, ki sta ga partnersko financirala Evropska unija in zasebni sektor, temelji na dodajanju kmetijskih ostankov, med drugim limoninih lupin, koruznega škroba, mandljevih lupin in lupin granatnega jabolka v biopolimere, ki so prisotni v živih organizmih, kot so rastline, in ki se jih da uporabljati v predelovalni industriji. Rezultat: prototipi avtomobilskih delov in gradbenih kalupov, izdelani na podlagi strokovnega znanja o 3D-tiskanju iz španskega tehnološkega centra Aitiip.

»Najbolj nas navdušuje to, da ni nobenih ostankov, samo uporabni viri,« pravi Berta Gonzalvo, direktorica za raziskave pri centru Aitiip, kjer so koordinirali projekt, ki je trajal tri leta in pol. »Avtomobilske dele in izdelke za gradbeništvo smo uspešno validirali in s tem pokazali, da je krožno gospodarstvo mogoče in da z njim lahko zmanjšamo negativen vpliv na okolje.«

Evropska unija razvoja izdelkov, narejenih iz materialov biološkega izvora, ne spodbuja le zaradi zmanjšanja količine odpadkov, temveč tudi, da bi zmanjšali izpuste ogljikovega dioksida in izboljšali varnost industrijskega blaga. Pričakovanja za biopanoge so visoka, kar dokazuje tudi dejstvo, da je EU leta 2014 z biopanogami vzpostavila 3,7 milijarde evrov vredno partnerstvo, katerega namen je bilo spodbujanje raziskav na tem področju. Temu je leta 2022 sledila dve milijardi evrov vredna iniciativa, s katero je EU z različnimi akterji, vključno s kmetovalci in znanstveniki, poskušala premostiti tehnične, regulativne in tržne ovire za bioizdelke.

Berta Gonzalvo pravi, da je izdelovanje industrijskih materialov iz obnovljivih virov, tudi odpadkov, vse bolj pomembno in da so projekti, kot je Barbara, le začetek. Ko so ga leta 2017 začeli izvajati, je bil za 3D-tiskanje ustrezen le en biopolimer. V sklopu projekta so s kombinacijo industrijske biotehnologije, nanotehnologije in naprednih proizvodnih pristopov povečali število materialov biološkega izvora. Iznašli so nove postopke za pridobivanje in uporabo sestavin, kot so naravna barvila, bio jedkalna barvila, antimikrobna sredstva ter eterična olja iz granatnih jabolk, limon, mandljevih lupin in koruze.

Vrata in armaturne plošče

V okviru projekta so ustvarili osem materialov iz pigmentov granatnih jabolk in limon, jedkalnih barvil iz granatnih jabolk, arom limon ter mandljevih lupin, ki bi se jih dalo uporabljati namesto obstoječih plastik. Novi materiali so imeli različne barve, arome, teksture in antimikrobne lastnosti. Vseh enajst partnerjev je sodelovalo tudi pri tiskanju prototipov notranjih delov vrat in armaturnih plošč za avtomobilsko industrijo ter kalupov za spoje pri gradbenih konstrukcijah.

Novi materiali imajo boljše mehanske, toplotne in celo estetske lastnosti. Posledično je tudi kakovost končnega materiala lahko boljša, saj ti materiali dodajo celo barvo ali vonj. Projekt se je sicer že končal, udeleženci pa upajo, da jim bo uspelo tehnologijo v prihodnjih štirih ali petih letih premakniti naprej v predstavitveno fazo. S tem bi pokazali potencialne možnosti za proizvodnjo v velikem obsegu.

Globalno industrija biopolimerov zraste za šest odstotkov na leto, v Evropi pa za 30 odstotkov, zato je po mnenju sogovornice EU v odličnem položaju, da prevzame pobudo na tem področju.

Nadomestki za plastiko

V Evropi smo leta 2020 reciklirali le 14 odstotkov odpadne plastike, pravijo pri evropski komisiji. Preostalih 86 odstotkov smo zakurili, zakopali v zemljo, odvrgli na neprimerna mesta ali izvozili, kar dokazuje, da je treba vzpostaviti bolj trajnosten sistem. Ker bomo na srednji rok proizvedli še več plastike, je pomembno, da zmanjšamo njen okoljski odtis.

V Evropi smo leta 2020 reciklirali le 14 odstotkov odpadne plastike, pravijo pri evropski komisiji.  FOTO: Voranc Vogel  

V sklopu projekta Ecoxy so iskali bioalternative za plastiko, imenovano »z vlakni ojačani toplotno obdelani kompoziti«. Ti so sicer lahki in močni, vendar niso dovolj zeleni. Izdelani so namreč iz fosilnih goriv, poleg tega jih ni mogoče reciklirati, pogosto pa vsebujejo tudi strupene materiale, med drugim kemično spojino bisfenol A, ki spada med endokrine motilce.

»Z vlakni ojačani kompoziti se vedno več uporabljajo, ti biokompoziti pa bi jih lahko nadomestili na vseh področjih uporabe,« pravi Aratz Genua, raziskovalec pri španskem inštitutu Cidetec, ki je koordiniral projekt, v katerem je sodelovalo 12 raziskovalnih in panožnih partnerjev iz vse Evrope.

Za iztočnico so postavili materiale, o katerih so presodili, da jih je mogoče reciklirati, preoblikovati in popraviti. Materiale s temi lastnostmi je sicer Cidetec že patentiral, vendar so imeli pomanjkljivosti.

»Čeprav so bili bolj trajnostni, smo imeli še vedno opraviti z izdelki, narejenimi iz nafte, najpogosteje uporabljen material pa je vseboval bisfenol A,« pravi Genua. »Imeli smo priložnost, da stopimo še en korak naprej in materiale naredimo bolj trajnostne. Z uporabo bioodpadkov smo naredili z vlakni ojačane toplotno obdelane kompozite, ki temeljijo na bioloških snoveh.«

V združenju so se osredotočili na lignin, ki se pridobiva iz lesa in rastlinskih vlaken. Biosmolo iz lignina so ojačali z lanenimi vlakni in izdelali predstavitveni kos, v tem primeru je šlo za ploščo za zadnji avtomobilski sedež.

»Koristno je bilo, da smo lahko nadgradili raziskave in izdelali predstavitveni kos,« pravi Genua. »Začeli smo z majhnimi količinami materialov in dokazali, da so uporabni za srednje velike izdelke.« Največji izziv je bilo zagotoviti, da bi imeli novi materiali lastnosti, primerljive s tistimi, ki so trenutno v uporabi. Biosmole imajo zelo dobre lastnosti in so primerljive s tistimi, ki so izdelane iz fosilnih goriv, pove Genua. Pri lanenih vlaknih pa je še precej prostora za izboljšave.

V prihodnje bodo raziskave verjetno osredotočene na uporabo karbonskih vlaken iz bioloških virov, po vsej verjetnosti prav tako iz lignina. »Še naprej se bomo ukvarjali z razvojem in optimizacijo biosmol, ki jih je mogoče reciklirati, preoblikovati in popraviti ter uporabiti za različne namene,« dodaja Genua.

V projektu Bio-uptake se na primer osredotočajo na stropne plošče, ki bi se lahko uporabljale v gradbeništvu.

»V teh primerih ne bi uporabljali le lanenih vlaken, temveč tudi biološka karbonska,« še poudari Genua. Na kratki rok so novi materiali boljši za zdravje delavcev, ki delajo z njimi med proizvodnjo. Na dolgi rok pa bodo zaradi zmanjšanja količine odpadkov koristili tudi okolju.

------------------

Raziskave, omenjene v članku, so bile financirane v sklopu Partnerstva biopanog (Bio-based Industries Joint Undertaking – BBI JU), ki mu je leta 2022 sledilo Evropsko partnerstvo za krožno biogospodarstvo (Circular Bio-based Europe Joint Undertaking – CBE JU). Članek je bil prvotno objavljen v reviji Horizon, reviji EU za raziskave in inovacije.