One mans waste is an others mans treasure

Ett av de mest spännande produktutvecklingprojekten jag arbetat med under min tid på IKEA var när vi tillsammans med materialavdelningen skulle klura vad man kunde skapa för produkter av biprodukter, som som bara skulle bli avfall. Nu med nanoteknologi öppnas ännu mer möjligheter för att se material, restprodukter från jordbruk som en resurs att tillvarata.

Med den globala tillväxten i produktion och bearbetning ökar mängden produktionsavfall och uttjänta produkter ständigt. Varje år genereras cirka 140 000 000 000 ton av industri-och jordbruksavfall genom hela kedjan från bearbetning av animaliska och vegetabiliska råvaror mellanprodukter och slutprodukter. Utav 13 miljarder ton/år av världens växtbiomassa avfall, används endast 3% för att tillverka varor. Det finns en väldig potential för ett mer hållbart samhälle bromsa produktionen av koldioxid av att använda avfall och biprodukter som genereras i de olika stegen under produktionsprocessen från industri-och jordbruk som råmateria till nya produkter. Om man bara ser till ananasen som är en av de viktigaste kommersiella frukterna i världen med en global årsproduktion mellan 16 och 19 000 000 ton ca. 50% ananasens totala vikt tas bort och kasseras där resterna består av 42% cellulosa som kan användas till värdefullt råmaterial för att skapa nya innovativa produkter.

 

Genom att tillvara ta rester ökar även produktiviteten och bidrar till en styrning mot en produktion mot mer hållbara giftfria komponenter som är lätta att återanvända.

Omvandla cellulosa till värdefull nanocellulosa

Cellulosa är en polysackarid som utgör huvuddelen i växternas cellväggar, och därmed är den vanligaste den vanligaste förnybara resurspolymeren på jorden. Dessutom syntetiseras cellulosa av en rad andra organismer, som bakterier, alger, oomyceter. Cellulosa är en linjär polysackaridpolymer med många glukosmonosackaridenheter.

Nanocellulosa får man genom att bryta cellulosa fibrerna, till nanostrukturerad cellulosa som kan vara cellulosa nanokristall (CNC eller NCC), cellulosa nanofibrer (CNF), även kallad mikrofibrillerad cellulosa (MFC), bakteriell nanocellulosa, som produceras av bakterier eller nanocellulosa för att framställa aerogeler/skum, antingen homogent eller i kompositformuleringar.

Nanocellulosa kan extraherats ur nativa cellulosan genom hydrolys, enzymatisk hydrolys och mekanisk process som högtrycks-, högtemperatur- och högeffekts homogenisering eller slipning.  Beroende på metod man väljer ger det upphov till olika strukturer och storlekar på nanocellulosan. Nanocellulosa tas sedan vidare för att producera olika metoder beroende på vilken slutprodukt man önskar. Electrospinning är en metod som spinner polymerlösningen till nanofibrer som kan användas till ett brett och intressant område. Lösningen passerar genom ett litet hål där en högspänning är applicerad. Tekniken bygger på elektriska krafter för att bilda fibrer. Polymerlösningar för elektrospinnning, bör ha förmågan att bära elektriska laddningar. Laddningen drar polymerlösningen genom luften i en liten fiber, som samlas på en elektrisk yta, fiber som produceras är mindre än 100 nanometer i diameter.

Användningsområden

Nanocellulosa i olika former kan ge nya och förbättrade egenskaper åt en rad olika material och har fantastisk mängd potentiella tillämpningsområden.

Nanofibrer funktionaliserade tyger som kan rengöra förorenad luft eller vatten från fina partiklar och tungmetaller. I jordbruket kan det smarta tyget användas som t ex en skuggduk för växter för att hålla bort insektsskadedjur, användas för att odla celler och producera antibakteriella tyger och bandage. Inom klädindustrin för att tillverka speciella funktionella tyger med unika egenskaper. Nya applikationer som wearables, senosorer integrerade i materialet.

Cellulosa nanokristaller har hög mekanisk hållfasthet, hög yta och proportioner, icke-toxicitet, biokompatibilitet biologisk nedbrytbarhet, vilket gör dem till en utmärkt kandidat för farmaceutiska tillämpningar, regenerativ medicin och läkemedels leverans.

Det finns stor potential för nanocellulosaapplikationer inom området pappers- och kartongtillverkning, man kan skapa förbättrade egensker som fett- och fuktsäkra barriärer i med applicering av CNF som beläggningsmaterial på ytan.

Nanocellulosa kan användas som förtjockningsmedel, smakbärare och suspensionsstabilisatorer,  som hygien och absorberande produkter, superabsorberande material, oljeåtervinning,  kompositbeläggningsmedel i kosmetika,  nanocellulosafilmer för screening. anocellulosa kan användas för att framställa flexibelt och optiskt transparent papper.

Nanocellulosens egenskaper gör det till en ett intressant förstärkningsmaterial i kompositer för beläggningar och filmer, färger, skum, förpackningar.

Aerogel av nanocellulosa skapar ett flufigt slagtåligt material som kan användas för energilagring betydligt mer energi på mindre plats än i konventionella batterier. Förutom att elektroniken och batteriet är elastiskt och formbart. Nanocellulosabaserade skum kan ersätta polystyrenbaserade skum för ex förpackningsapplikationer. De posösa materialen kan integreas med magnetiska nanopartiklar vilket öppnar för spännande applikationer som magnetiska supersvamparna. Det högporösa skummet kan även komprimeras till starka magnetiska nanopapper som funktionella membran i olika tillämpningar.

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *